基于一款PWM控制型的高效恒流型LED驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)

一、總體設(shè)計(jì)

FT870B是一款PWM控制型的高效的恒流型LED驅(qū)動(dòng)IC，能在15~500V的輸入電壓下正常工作，固定25K的工作頻率，最大能驅(qū)動(dòng)1A的輸出電流，恒流精度達(dá)到±5%，并且支持PWM調(diào)光功能。

15W應(yīng)用電路圖及基本原理：

基本工作原理為：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，主電流回路為 AC IN-F1-B1-LED-L1-Q1-R4-L2-B1-AC IN，此時(shí)AC給LED供電，并使電感L1存儲(chǔ)能量；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，主電流回路為L1-D4-LED-L1，此時(shí)電感L1釋放能量，保持LED的輸出。由于開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，流過LED的電流同時(shí)也流過R4，所以通過檢測(cè)R4上的電壓來檢測(cè)流過LED的電流，從而達(dá)到恒流的目的。

電路中，C2，C3，D1，D2，D3為PFC校正電路，主要提高輸入的功率因數(shù)。

L2，D5，C7構(gòu)成輔助供電回路，從而關(guān)斷HV腳的供電，減小損耗，提高效率。

二、元器件參數(shù)選擇

輸出LED規(guī)格為3.2V，20mA，共240顆

連接方式為8個(gè)LED串聯(lián)為一路，共30路

外圍應(yīng)用參數(shù)如下：

V max，ac=265V，V min，ac=90V，f=50HZ（交流輸入頻率）

V o，max=25.6V， I o，max=498mA

P o，max= V o，max×I o，max=12.75W

η=85%， PF=0.85，fu=25khz（芯片工作頻率）

P in，max= P o，max /η=15W

1.保險(xiǎn)管F1

（1） 額定電壓Vrating

額定電壓Vrating需要大于V max，ac，即大于265V.

（2） 額定電流I rating

由于Vin×Iin×PF×η=PO ，所以

選擇保險(xiǎn)管額定電流時(shí)要保留0.5的系數(shù)，所以保險(xiǎn)管的額定電流

（3） 熔化熱能值I2t

與浪涌電流產(chǎn)生的能量有關(guān)。表征當(dāng)大電流流過保險(xiǎn)管時(shí)，保險(xiǎn)管熔斷的特性。I2t要大于浪涌電流產(chǎn)生的能量，使啟動(dòng)的時(shí)候不會(huì)錯(cuò)誤地把保險(xiǎn)管熔斷。

（4） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

（5） 使用壽命

實(shí)際工作電流大于I rating或者實(shí)際工作溫度超出額定溫度范圍，F(xiàn)1的壽命將會(huì)明顯縮短。

■ 所以選擇V rating大于265V， I rating大于0.392A的保險(xiǎn)管。

2.安規(guī)電容C1

（1） 額定電壓V rating

額定電壓V rating需要大于輸入交流電壓V max，ac，即額定電壓大于265V.

（2） 電容容值C

一般取0.1uF.

（3） 電容類型

選擇安規(guī)電容。

（4） 絕緣等級(jí)

絕緣等級(jí)一般選擇X2，即耐壓小于或等于2.5KV.

（5） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

■ 所以選擇0.1uF/275VAC絕緣等級(jí)為X2的安規(guī)電容，主要抑制差模干擾。

3.整流橋B1

（1） 整流橋承受的最大反向耐壓VRRM

（2） 額定電流I rating

整流橋的額定電流與保險(xiǎn)管的額定電流相同，選擇大于0.392A的額定電流即可。

（3） 整流橋正向?qū)▔航礦F

與效率有關(guān)。VF越小，消耗的導(dǎo)通功耗就越小，效率越高。

（4） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

■ 所以選擇VRRM大于562V，Irating大于0.392A，VF盡量小的整流橋。

4.二極管D1，D2，D3

（1） 最大反向耐壓VRRM

（2） 額定電流I rating

由于開機(jī)時(shí)導(dǎo)通電流都要留過D2，所以二極管的額定電流與保險(xiǎn)管一樣，選擇大于0.392A的額定電流。

（3） 反向恢復(fù)時(shí)間trr

由于輸入電壓是低頻，所以trr的大小對(duì)電路沒什么影響，可以不考慮。

（4） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

■ 所以選擇VRRM大于225V，I rating大于0.392A的二極管。

5.電解電容C2，C3

（1） 電容耐壓Vdss

電容的耐壓與二極管D1，D3的反向耐壓相同，也是大于225V;

（2） 電容容量C

選擇合適的電容，使電容在充放電的過程中能夠保證后級(jí)電路所需要的能量。要保證系統(tǒng)的正常工作，電容上的最小電壓應(yīng)該為最大輸出電壓的兩倍以上，所以整流后最小直流電壓：

輸入電容應(yīng)能夠保證在最小的輸入電壓下，為后級(jí)電路提供足夠的能量，所以電容

由于上面的計(jì)算取的放電時(shí)間為1/4f（其中f為輸入交流電壓的頻率），實(shí)際放電時(shí)間并沒有這么長，所以電容的容值可以取小些，實(shí)測(cè)中發(fā)現(xiàn)47uF/250V的電容即可滿足要求。

（3） 電容類型

由于用到的電容容量較大，一般使用鋁電解電容。

（4） 等效串聯(lián)阻抗ESR

ESR越小，損耗越小。

（5） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

（6） 體積

實(shí)際應(yīng)用中會(huì)受到體積的限制，而電解電容體積較大，所以要注意體積是否能滿足要求。

（7） 使用壽命

由于一般LED使用的壽命比電解電容的壽命長，所以盡量選擇壽命長的電解電容。

■ 所以選擇耐壓大于或等于250V，電容值大于或等于47uF，低ESR值，壽命長的電解電容。

6.高壓啟動(dòng)限流電阻R5

為了防止啟動(dòng)時(shí)大電流沖擊燒壞HV腳，建議R5取封裝為0805的22K的貼片電阻。

7. 濾波電容C4，C5，C8

C4，C5，C8主要起高頻濾波作用，建議選擇封裝為0805的1nF的貼片電容。

8.濾波電容C6

C6主要起濾除尖峰和諧波補(bǔ)償作用，建議選擇封裝為0805的100pF的貼片電容。

9.穩(wěn)壓二極管D6

防止VCC電壓過高燒壞芯片，建議D6取0.5W，12V的穩(wěn)壓管。

10.電解電容C7

（1） 電容耐壓Vdss

由于有12V的穩(wěn)壓管D6，所以電容耐壓大于或等于16V即可。

（2） 電容容量C

定量計(jì)算比較困難，實(shí)測(cè)中發(fā)現(xiàn)電容容量取4.7uF可以滿足要求。

（3） 電容類型

由于用到的電容量較大，一般使用鋁電解電容。

（4） 等效串聯(lián)阻抗ESR

ESR越小，損耗越小。

（5） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

（6） 體積

由于電容C7的容量小耐壓低，所以體積基本可以不考慮。

（7） 使用壽命

由于一般LED使用的壽命比電解電容的壽命長，所以盡量選擇壽命長的電解電容。

■ 所以選擇耐壓大于或等于16V，電容值大于或等于4.7uF，壽命長的電解電容。

11.電感L1

（1） 電感量L1

當(dāng)電路工作在電流連續(xù)模式和電流非連續(xù)模式之間的臨界模式時(shí)， ΔI=2I o，max，此時(shí)電感可以按照下面的公式計(jì)算：

這是臨界模式時(shí)的電感取值，為保證電路工作在電流連續(xù)模式，電感取值要大于上面計(jì)算得到的值，電感取值越大輸出電流的紋波越小。

（2） 電感飽和電流IL

由上式可以看出電感量越大，電感的飽和電流越小。

（3） 電感線徑R

以截面積1mm2的銅線過5A電流計(jì)算，則電感線的截面積為LI/5，所以電感的線徑為

（3） 電感體積

受到空間的限制，在保證電感量和電感飽和電流的情況下，電感體積越小越好，如果一個(gè)電感體積太大，可以考慮用2個(gè)電感串聯(lián)。

■ 所以選擇電感量大于0.96mH，并且飽和電流大于IL的電感。

12.續(xù)流二極管D4

（1） 最大反向耐壓VRRM

當(dāng)mos管導(dǎo)通時(shí)，二極管D4承受的反向耐壓為

所以選取反向耐壓為600V.

（2） 額定電流Irating

mos管關(guān)斷后，D4給電感L1提供續(xù)流回路，所以通過D4的電流不會(huì)超過電感L1飽和電流IL.

（3） 反向恢復(fù)時(shí)間trr

由于電路工作的頻率較高，所以需要反向恢復(fù)時(shí)間小的超快恢復(fù)肖特基，以防止誤觸發(fā)，建議選用trr小于或等于75ns的超快恢復(fù)肖特基。

（4） 正向?qū)▔航礦F

正向?qū)▔航礦F越小，效率越高，盡可能選擇正向?qū)▔航敌〉某旎謴?fù)肖特基。

■所以選擇反向耐壓為600V，額定電流為1A，反向恢復(fù)時(shí)間小于或等于75ns的超快恢復(fù)肖特基。

13.輸出電容C9

輸出電容的作用是減小LED電流的波動(dòng)，越大越好，但由于體積的限制，建議選擇容值為0.47uF到1uF之間耐壓400V為的CBB電容。

14.mos管Q1

（1） mos管耐壓VDSS

mos管的最大耐壓為交流整流后的電壓最大值，留50%的裕量，選取耐壓值為

（2） mos管的額定電流IFET

流過mos管的電流取決于最大占空比，本系統(tǒng)最大占空比為50%，所以留過mos管的額定電流為

mos管的額定電流為工作電流3倍時(shí)，損耗較小，所以選取mos管的額定電流IFET≥1A.

（3） mos管開啟電壓Vth

要保證Vth小于芯片的驅(qū)動(dòng)電壓，即Vth<11V，由于一般高壓mos管的Vth為3~5V，所以這個(gè)參數(shù)不需要過多考慮。

（4） mos管導(dǎo)通電阻Rdson

mos管的導(dǎo)通電阻Rdson越小，mos管的損耗就越小。

（5） 額定溫度

實(shí)際工作溫度不能超出其額定溫度的范圍。

■ 所以選擇耐壓為600V，額定電流大于或等于1A，Rdson較小的mos管。

15.CS取樣電阻R4，R7，R8

（1） R4，R7，R8的阻值

設(shè)R7，R8串聯(lián)后再與R4并聯(lián)的電阻為RCS，輸出的電流波動(dòng)范圍為0.3，

則：

選取合適的R4，R7和R8，保證調(diào)節(jié)R8可以得到需要的輸出電流Io，且無論怎樣調(diào)節(jié)R8，Io都不會(huì)太大以至于損壞期間。

（2） 電阻類型

RCS上承受的功率為P=I2O×RCS=0.11W ，所以R4，R7采用0805封裝的貼片電阻，為了調(diào)節(jié)R8時(shí)輸出電流不會(huì)變化太快，所以選擇R8為精密可調(diào)電阻。

16.續(xù)流電感L2和續(xù)流二極管D5

加L2和D5的主要目的是為了給芯片VCC供電，從而關(guān)斷芯片HV腳的供電，減小損耗。工作原理為：當(dāng)mos管導(dǎo)通時(shí)，電感L2儲(chǔ)能，電容C7給芯片供電，當(dāng)mos管關(guān)斷時(shí)，L2給芯片VCC供電，并給電容C7充電。

選擇L2的原則是使芯片VCC的供電電壓保持在11~12V之間，建議選擇電感量為18uH，飽和電流與L1相同的電感。選擇續(xù)流二極管D5時(shí)，為了防止誤觸發(fā)，建議選用恢復(fù)時(shí)間小于75ns的超快恢復(fù)肖特基。
來源；電子工程網(wǎng)