首款全球通用AC-DC恒流LED驅(qū)動器ZD832

1、引言

LED在景觀照明、建筑裝飾照明和普通照明應(yīng)用中，工頻市電（110V/60Hz、220V/50Hz）和太陽能將是主流原始能源。就由交流市電電源供電的LED驅(qū)動電路來說，目前主要有兩種設(shè)計方案。一種方案是先利用工頻變壓器將AC電源降壓，再利用橋式整流和濾波電路實現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換，最后通過一個DC-DC恒流驅(qū)動器為LED或LED陣列供電；另一種方案是采用開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)。這種方案是先利用橋式整流和濾波電路完成AC-DC轉(zhuǎn)換，再利用一個DC-DC開關(guān)變換器輸出恒流來驅(qū)動LED或LED陣列。傳統(tǒng)開關(guān)電源的DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器需使用一個高頻變壓器，目前一些LED驅(qū)動器IC組成的DC-DC降壓式（buck）開關(guān)變換器一般不使用高頻變壓器，而是使用一個電感器。由此可見，無論是采用哪一種方案，都需要使用橋式整流器、工頻或高頻變壓器或電感器。變壓器和電感器大而笨重，這對于LED照明電源的小型化和輕量化要求來說是極為不利的。

Zywyn公司推出的世界首款全球通用AC-DC恒流LED驅(qū)動器ZD832，采用高度集成的線性結(jié)構(gòu)體系，無需外加變壓器或電感器，也不需要外加橋式整流器，僅需用幾個元器，就可以在85~125VAC或180~240VAC的交流電源上操作，驅(qū)動近百顆串聯(lián)在一起的低功率白光或RGB LED。ZD832的輸出電流達30mA，可由單個電阻來編程。其調(diào)光控制可以通過在引腳PWM上施加一個帶變化占空比的PWM信號或在引腳ISET上施加一個模擬DC電壓來實現(xiàn)。ZD832含有過溫度和過電壓保護電路，十分堅固耐用，而且在應(yīng)用中不存在EMI問題。

2、ZD832引腳功能及其操作

2.1 ZD832引腳功能

為了正確使用ZD832，首先要了解其引腳功能。ZD832采用20引腳TSSPO無鉛綠色封裝，引腳排列如圖1所示。

ZD832各個引腳功能見表1。

表1 ZD832引腳功能

2.2 ZD832操作描述

2.2.1 輸入操作

（1）AC輸入電壓及其選擇

在ZD832引腳VAC+和VAC-上的AC輸入電壓范圍為85~240VAC。當IC引腳VSEL連接到HVCC（16引腳）時，輸入電壓為85~125VAC；當IC引腳VSEL懸空時，IC可以在180~240VAC的電壓上操作。

（2）高壓DC輸入

當在IC的引腳VAC+和VAC-上沒有AC電壓施加時，在IC引腳HVCC上可以施加一個范圍為85~340VDC的直流高壓來直接驅(qū)動LED串。為減小可能出現(xiàn)的電壓紋波，在引腳HVCC上應(yīng)連接一個1μF//400VDC的電容到PGND端。

（3）調(diào)光信號輸入

1）LED PWM調(diào)光

在IC引腳PWM上施加一個50Hz~5KHz的輸入PWM信號，可以對輸出上的LED串進行調(diào)光，并且調(diào)光與PWM占空因數(shù)成正比，調(diào)光范圍從10%到90%。

當PWM信號在引腳PWM上為邏輯“0”時，IC則進入關(guān)閉模式；當PWM信號為邏輯“1”（≥2V）時，IC則完全開通。邏輯低電平電壓典型值是0.2V。

2）模擬電壓調(diào)光

用一個0~1.25的DC電壓通過一個電阻RSET加至IC的引腳ISET，可以調(diào)節(jié)LED的電流，實現(xiàn)線性模擬調(diào)光。如圖2所示。當DC電壓為0V時，相當于RSET接地，LED電流在RSET的設(shè)置值上，亮度最大（100%）。隨DC電壓從0V逐漸增加到1.25V，LED電流則相應(yīng)減小，亮度從強到弱變化。

2.2.2 輸出操作

（1）整流DC高壓輸出

在ZD832引腳HVCC上的DC輸出電壓范圍為85~340VDC，可以驅(qū)動幾十個乃至百多個串聯(lián)在一起的LED。為減小IC引腳HVCC上整流輸出電壓紋波，在引腳HVCC上應(yīng)連接一個至少是10μF的退耦電容到PGND端。IC輸出平均DC電壓VHVCC值與AC輸入電壓、輸出電容COUT和LED電流ILED值有關(guān)，圖3所示為在220VAC輸入和不同輸入電容COUT及ILED時的VHVCC值。

（2）LED電流設(shè)置

LED電流ILED由IC引腳ISET上與PGND之間連接的單個電阻RSET來設(shè)置，計算公式為：

ILEG=2200V/RSET

RSET的取值范圍為73kΩ，故ILED值范圍為3~30mA。LED電流ILED與設(shè)置電阻RSET之間的關(guān)系如圖4所示。

（3）IC引腳VOUT上的限制電阻REXT

IC引腳VOUT上的電壓范圍一般為3~30V，LED串通常連接在IC引腳HVCC與VOUT之間，LED電流從引腳VOUT灌入。為防止IC內(nèi)部功率晶體管功率耗散過大，并保持VOUT《30V，在很多情況下需要在IC引腳VOUT外部連接一個限制電阻REXT（見圖5和圖6等）。

若串聯(lián)LED數(shù)量為n，每個LED的正向電壓降是VF，IC引腳HVCC上的DC輸出電壓為VHVCC，引腳VOUT上的電壓為VOUT（設(shè)置其≥7V），REXT值則為：

REXT=（VHVCC-n？VF-VOUT）/ILED

REXT的額定功率為：PREXT=（ILED）2？REXT

設(shè)VF=3.3V（@ILED=30mA），COUT=10μF，在不同AC輸入電壓時的設(shè)計數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 不同AC輸入電壓時的相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)

3、ZD832驅(qū)動LED串的電路實例

3.1 輸出30mA的電流驅(qū)動VF為3.3V的LED組成的LED串電路

3.3.1 輸入110VAC±3%驅(qū)動35個LED串聯(lián)在一起的電路。

圖5所示為ZD832輸入110±3%驅(qū)動35個LED串聯(lián)在一起的電路。在輸入端（引腳VAC+）上串聯(lián)的1kΩ/0.5W的NTC熱敏電阻，用作限制驅(qū)動器在啟動時的浪涌電流。當浪涌電流通過后進入穩(wěn)態(tài)操作時，熱敏電阻的電阻值因溫度升高降至約100Ω。根據(jù)熱敏電阻的熱敏特性，AC電源接通與關(guān)斷之間的持續(xù)時間應(yīng)大于2~3S。由于AC輸入電壓是110VAC，IC引腳VSEL必須連接到HVCC。在IC引腳HVCC上的輸出DC電壓為133VDC，引腳VOUT上的限制電阻REXT被設(shè)置在270Ω。IC引腳VOUT上的電壓為：

VOUT=VHVCC-35VF-VREXT=133V-35×3.3V-30mA×270Ω=9.4V

由于ILED=30mA，RSET值則為：

RSET=2200V/30mA≈73kΩ

3.3.2 輸入220VAC±2%驅(qū)動78個LED串聯(lián)在一起的電路

一個220VAC±3%的AC輸入電壓加在ZD832的VAC+和VAC-引腳，在引腳HVCC上將產(chǎn)生一個286VDC的DC平均輸出，驅(qū)動78個VF=3.3V（@IF=30mA）串聯(lián)在一起的LED。IC引腳VSEL懸空，將REXT設(shè)置在270Ω，RSET=73kΩ。

3.3.3 220VAC±2%輸入帶電容降壓驅(qū)動40個LED電路

圖7為220VAC±2%的AC輸入經(jīng)RC電路降壓驅(qū)動40個串聯(lián)在一起的LED電路。連接在ZD832輸入引腳VAC-上的CAC為降壓電容，RAC為泄放電阻。在AC電源關(guān)斷后，RAC為CAC放電提供通路。220VAC±2%的AC電壓約110VAC，因此IC引腳VSEL必須連接到HVCC。在IC引腳HVCC上的平均輸出DC電壓約150VDC，驅(qū)動40個VF=3.3V的LED，不必附加限制電阻。

3.3.4 180~240VAC輸入驅(qū)動65個LED電路

ZD832輸入180~240VAC驅(qū)動由VF=3.3V（@30mA）的65個LED組成的LED串的電路如圖8所示。IC引腳HVCC上的平均輸出電壓VHVCC=227~310VDC，經(jīng)齊納（穩(wěn)壓）二極管DZ、電阻R1和晶體管Q組成的線性穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)后，輸出電壓為VO。當VHVCC=220VDC時，VO=219~230VDC。由于VOUT≤18V，故不必附加限制電阻。220V的齊納二極管可選用3W的BZG03-C220-TR，NPN晶體管Q的BVCEO≥300V，ICM=1A，如2N3439、NTE157/NTE396等。

3.2 輸出30mA驅(qū)動兩串90個VF=3.15V（@15mA）LED電路

圖9所示電路的AC輸入電壓范圍為180~240VAC，經(jīng)RAC與CAC降壓網(wǎng)絡(luò)后施加到ZD832的VAC+和VAC-端，在IC引腳HVCC上的平均輸出電壓VHVCC=160~220VDC，輸出電流由73kΩ的RSET設(shè)置在30mA（±6%）。當VHVCC為150VDC時，通過150V的齊納二極管和雙極晶體管Q，開始將VO調(diào)節(jié)到150~160VDC。90個3.15V的LED分成兩串，每串含有45個LED，通過LED的電流為15mA。齊納二極管選用150V/3W的BZG03-C150-TR，Q可選用300V、1A的NTE157。

3.3 兩個ZD832并聯(lián)輸出8W驅(qū)動66個3.16V（@40mA）LED電路

兩個ZD832可以并聯(lián)應(yīng)用，如圖2所示。每個ZD832的RSET=110kΩ，輸出電流為2200V/110Kω=20mA，兩個ZD832并聯(lián)后輸出總電流為40mA。AC輸入電壓范圍為200~240VAC，所驅(qū)動的LED串含有Custom公司生產(chǎn)的66個VF=3.16V（@40mA）的LED。

在圖10中，若在兩個ZD832的引腳VAC-上加一個RC網(wǎng)絡(luò)（見圖7和圖9，RAC=470KΩ，CAC=1.5μF），選擇RSET=73kΩ，IC引腳VSEL連接HVCC，并選用150V的齊納二極管，在輸入200~240VAC時，則可以驅(qū)動42個VF=3.16V（@60mA）串聯(lián)在一起的LED。

由于ZD832在85~125VAC或180~240VAC的供電線路上操作，可以驅(qū)動3~30mA（并聯(lián)輸出達60mA）的幾十個乃至百余個串聯(lián)在一起的LED，故在普通照明、景觀照明、建筑裝飾照明、大屏幕顯示背光照明等方面有著廣泛的應(yīng)用。ZD832可以驅(qū)動各種形狀因數(shù)（form-factor）的LED燈泡，如圖11所示。

4、結(jié)束語

ZD832高壓AC-DC恒流驅(qū)動器能夠在85~240VAC國際通用AC線路上操作，僅利用其引腳VSEL來選擇85~125VAC或180~240VAC輸入電壓。ZD832在非并聯(lián)應(yīng)用時最大可編程輸出恒流為30mA，可以驅(qū)動幾十顆乃至超過100顆相串聯(lián)的白光LED或RGB LED。利用帶變化占空比的PWM信號或模擬DC電壓可以獲得調(diào)光控制，改變LED陣列亮度。ZD832還含有過熱和過電壓保護電路，保護內(nèi)部功率晶體管免遭損壞。ZD832的一個重要特點是僅需用幾個元件，而且不需用變壓器和電感器，也不必外加整流器，就這方面來說在目前是舉世無雙的。