高性能LED恒流驱动方案.ppt

Company Confidential,,,,,,,,,,,,,高,PF,、高性能,LED,恒流驱动方案,FAE,盛欢,2012-10,高PF、高性能LED恒流驱动方案FAE 盛欢,内容提要,原边反馈（,PSR,）单级,PFC,恒流方案的特点、原理,PT4209,的性能特点及各主要功能的实现原理,性能特点,精确的恒流控制原理,调光功能原理,保护功能原理,DEMO BOARD,性能及相关设计要点,2,内容提要原边反馈（PSR）单级PFC恒流方案的特点、原理2,3,PF,（功率因数）与,THD,（总谐波失真）,PF,与,THD,的关系：,THD,（,Total Harmonic Distortion,）：表征波形的失真程度,系统功率因数：衡量电力被有效利用的程度,IEC61000-3-2 Class-C,电流谐波限制标准,电网,用电设备自身消耗功率,从电网吸收的功率,返还给电网的功率,PFC,（,Power Factor Correction,，,功率因数校正,,）技术：,被动,PFC,技术,小功率一般采用填谷线路，增大整流管导通角，减小,THD,大功率一般采用工频电感，利用电感电流不能突变原理，减小,THD,主动,PFC,技术,强制让输入电流跟随输入电压，并在工作时使输入电流近似为正弦波，减小,THD,。

3PF（功率因数）与THD（总谐波失真）PF与THD的关系：,4,PSR,单级,PFC,恒流方案的特点,PSR,单级,PFC,恒流方案的,工作电压和电流波形,无,PFC,方案的,工作电压和电流波形,传统整流滤波电路,导致输入电流,产生严重畸变,,,传统方案存在,输入电解,输入电压和电流,基本同步，实现,低谐波和高,PF,低,THD(,电流谐波,),，高,PF(,功率因数,),采用主动,PFC,技术，工作时输入电压和电流基本同步，同时输入电流近似为正弦波,体积小,输入端无电解电容,采用,PSR,，无需光耦及,431,PSR,单级,PFC,的,特点,4PSR单级PFC恒流方案的特点PSR单级PFC恒流方案的无,5,PSR,单级,PFC,恒流的原理,,为了更简单更直接地得到恒流输出，一般使芯片工作在临界,/,断续模式，其副边的电流方程为：,芯片内部逻辑框图,经内部乘法器,计算得到,Vcs,*,Tdis/Tsw,由,DET,采样得到,Tdis/Tsw,由,CS,采样得到,Vcs,只要设计芯片得到恒定的,Vcs,*,Tdis/Tsw,，那么就可以通过外部设计合适的匝比和采样电阻得到恒定的输出电流值。

5PSR单级PFC恒流的原理 为了更简单更直接,6,高,PF,值，全电压输入下,PF,值,>0.95,原边反馈（无需光耦及,431,）,支持,PWM,调光,/Analog,（模拟）调光,输出电流精度高，单片达,±1.5%,，批量可控制在,±3%,之内,准谐振工作模式,低启动电流,(10uA),低静态电流,(1mA),保护功能齐全,1,、,VCC,欠压锁定功能,,2,、输出开路,/,短路保护,3,、逐周期过流保护,4,、采样电阻开路保护,5,、过温保护,,符合,RoHS,标准,,PT4209,特点,PT4209,内部框图,PT4209 PSR,准谐振单级,PFC LED,恒流驱动器,PT4209,典型应用电路,,,,6高PF值，全电压输入下PF值>0.95PT4209特点PT,7,精确的恒流控制原理,输出电流计算公式：,PT4209,进行两次过零采样，得到精确的,LC,谐振周期,，并将其补偿到下一个周期基本消除批量时,LC,谐振对恒流精度的影响,影响输出电流的参数：,N,、,Rcs,由芯片外部决定,Vcs,、,Tsw,由芯片直接采样获得,Tdis,需要两次过零采样再经计算才能得到精确值,很多芯片简单的采取判断,DET,过零近似认为是,Tdis,的结束，该检测方式使批量时的恒流精度偏差较大,估算,1/4 LC,谐振周期对恒流精度的影响：,一般初级电感量,Lp,精度,±10%,；,一般,MOSFET,输出寄生电容,Coss,精度,±10%,（查,MOSFET,规格书）；,得到,1/4 LC,谐振周期最大误差,±10%,。

若,LC,谐振周期为,3us,，,1/4 LC,谐振周期误差最大为,0.15us,，若系统频率为,50KHz,，则恒流精度偏差达,0.75%,；若系统频率为,100KHz,，则恒流精度偏差达,1.5%,7精确的恒流控制原理输出电流计算公式：PT4209进行两次过,8,PT4209,调光原理,芯片内部调光示意图,1,、输入,PWM,信号,PWM,高电平要高于,2.4V,，建议高于,2.8V,PWM,低电平要低于,0.6V,，建议低于,0.4V,满足上述输入条件时，输入,PWM,信号将覆盖内置三角波信号，否则会导致实际输出与输入的,PWM,信号不一致,,2,、输入,Analog,（模拟）信号,芯片将直流电平转换为,27KHz,的,PWM,信号,输入为,0.6V-2.4V,的直流电平，超出该范围则无调光效果,8PT4209 调光原理芯片内部调光示意图1、输入PWM信号,9,PT4209,的保护,——,输出,OVP,DET,做输出,OVP,时各电压波形,1,、,DET OVP,动作机理,输出电压升高,辅助绕组的电压及,DET,电压也随着升高,DET,升高至,4V,，芯片关断,DRV,输出,辅助绕组无法提供,VCC,电压，导致,VCC,电压下降,VCC,电压下降至,UVLO,点后，芯片关断所有的内部电路,由于启动电阻上的供电电流大于芯片的开启电流，,VCC,电压开始回升，进入重启状态,若输出电压还是过高，,DET,再次检测到,OVP,，芯片进入打嗝模式,9PT4209 的保护——输出OVPDET做输出OVP时各电,10,PT4209,的保护,——,输出,SCP,输出短路时各电压波形,1,、,SCP,动作机理,输出短路,辅助绕组的电压下降至约,0V,,由于辅助绕组无法提供,VCC,电压，导致,VCC,电压下降,同时由于,DET,检测不到零点而导致芯片将工作频率降至,20KHz,，同时将,CS,的电压限定在,0.8V,以限制输出功率,VCC,电压下降至,UVLO,点后，芯片关断所有的内部电路,由于启动电阻上的供电电流大于芯片的开启电流，,VCC,电压开始回升,VCC,达到开启电压后恢复,DRV,输出,由于短路未移除，芯片进入打嗝模式,10PT4209 的保护——输出SCP输出短路时各电压波形1,11,PT4209 Demo-board,输入：,85-265Vac,输出：,16*1W LED (51.2V/300mA),高达,0.95 PF,值，,THD<12%,，满足,IEC61000-3-2,（,Class C,）谐波电流的要求,高恒流精度，单片电流调整率小于,±1.5%,。

高达,90%,的转换效率,调光线性度好,11PT4209 Demo-board输入：85-265Va,,12,功率因数测试曲线,PF,,>0.95@264Vac,Max. PF,＝,0.995,！！,PT4209,的特性：,PF,值与,Vin/(Nps*Vout),相关,设计要点：,增大初次级间匝数比可提高,PF,MOSFET,选型时可选用,650V,耐压值来取代,600V,12功率因数测试曲线PF >0.95@264VacPT420,恒流特性曲线,13,,整体调整率,<±1.5%,！,设计要点：保证,Vcs,采样准确,Rcs,的地要和芯片地接在同一点,主回路要小,驱动回路要尽可能短,恒流特性曲线13整体调整率<±1.5% ！设计要点：保证Vc,14,PWM,调光,5%,10%,20%,50%,80%,90%,95%,输出电流,(mA),17,33,64,154,243,272,286,20kHz,调光信号,Duty: 50%,Duty: 10%,PWM,调光波形及测试曲线,14PWM调光5%10%20%50%80%90%95%输出电,效率测试曲线,15,,效率,>90%,！,@115V/230V,效率测试曲线15效率>90% ！@115V/230V,损耗分析,-MOS,16,开关损耗,开通损耗,Psw_on,关断损耗,Psw_off,寄生电容损耗,Psw_coss,导通损耗,导通损耗,Pon,准谐振工作模式,准谐振模式，零电流开通（,ZCS,），降低开通损耗,增加反射电压,Vf,，可降低寄生电容引起的损耗,缩短关断时间，降低关断损耗,损耗分析-MOS16开关损耗准谐振工作模式准谐振模式，零电流,损耗分析,-,变压器,17,磁芯损耗,磁滞损耗,涡流损耗,剩余损耗,,铜线损耗,直流损耗,交流损耗,考虑铜线交流趋肤深度,损耗分析-变压器17磁芯损耗,损耗分析,-,输出二极管,18,二极管损耗,开通损耗,关断损耗,通态损耗,,截止损耗,开通,关断,低压应用时尽量选择肖特基二极管,高压应用时尽量选择快恢复或超快恢复二极管,损耗分析-输出二极管18二极管损耗开通关断低压应用时尽量选择,损耗分析,-,损耗分布,19,电流比,230V,输入时大,Fsw,虽小，但,Δ,B,大致铁损大；同时电流大致铜损大,关断损耗占主导，同时,115V,输入时,Fsw,较小，损耗也较小,比,230V,输入时稍大，但不明显,EMI,滤波器损耗较大，同时,VCC,启动电阻等损耗较小,损耗分析-损耗分布19电流比230V输入时大Fsw虽小，但Δ,20,Q&A,20Q&A,。