采用BP2808恒流控制芯片的高效能LED照明電源設(shè)計(jì)

BP2808基本工作原理

BP2808是專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)LED光源的恒流控制芯片。BP2808工作在連續(xù)電流模式的降壓系統(tǒng)中，芯片通過(guò)控制LED光源的峰值電流和紋波電流，從而實(shí)現(xiàn)LED光源平均電流的恒定。芯片使用非常少的外部元器件就實(shí)現(xiàn)了恒流控制、模擬調(diào)光和PWM調(diào)光等功能。系統(tǒng)應(yīng)用電壓范圍從12VDC到600VDC，占空比最大可達(dá)100%；適用于交流85V-265V寬電壓輸入，主要應(yīng)用于非隔離的LED燈具電源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。BP2808采用專(zhuān)利技術(shù)的源極驅(qū)動(dòng)和恒流補(bǔ)償技術(shù)，使得驅(qū)動(dòng)LED光源的電流恒定，從交流85V-265V范圍內(nèi)變化小于±3％。結(jié)合BP2808專(zhuān)利技術(shù)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用電路，使得18W 的LED日光燈實(shí)用方案，在交流85V-265V 范圍內(nèi)系統(tǒng)效率高于90％。在交流85V-265V輸入范圍內(nèi)，BP2808可以驅(qū)動(dòng)從3W到36W的LED光源陣列，因此廣泛應(yīng)用于E14/E27/PAR30/PAR38/GU10等燈杯和LED日光燈。

BP2808具有多重LED保護(hù)功能包括LED開(kāi)路保護(hù)、LED短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)。一旦系統(tǒng)故障出現(xiàn)的時(shí)候，電源系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，直到故障解除，系統(tǒng)再自動(dòng)重新進(jìn)入正常工作模式。復(fù)用DIM引腳可進(jìn)行LED模擬調(diào)光、PWM調(diào)光和燈具系統(tǒng)動(dòng)態(tài)溫度保護(hù)。BP2808采用SOP8封裝。

LED日光燈應(yīng)用典型方案設(shè)計(jì)

LED日光燈的LED光源燈條電源驅(qū)動(dòng)方案有很多種，目前非隔離方案因其效率高、體積小、成本低而占主流，而用PWMLED驅(qū)動(dòng)控制器來(lái)做LED日光燈驅(qū)動(dòng)電源的又占絕大多數(shù)。事實(shí)上傳統(tǒng)的熒光日光燈都是非隔離方案。

以AC176V—264V全電壓輸入為例，采用BP2808為主芯片來(lái)設(shè)計(jì)負(fù)載為小功率多顆LED光源多串、多并的LED日光燈時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示。全電路由抗浪涌/雷擊保護(hù)、EMI濾波、全橋整流、無(wú)源功率因素校正(PPFC)、啟動(dòng)電壓(包括前饋補(bǔ)償、開(kāi)機(jī)后的饋流供電、驅(qū)動(dòng)變軟)、恒流補(bǔ)償、PWM控制、源極驅(qū)動(dòng)、LED光源陣列，以及采樣電阻、Toff時(shí)間設(shè)定、儲(chǔ)能電感、續(xù)流二極管等各部分組成。

圖1：18W LED日光燈系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方框圖。

LED光源陣列設(shè)計(jì)為0.06W白光LED(SMT或草帽燈)24個(gè)串聯(lián)、12串并聯(lián)的方案，驅(qū)動(dòng)288個(gè)小功率WLED，總功率18W。全電壓18W LED日光燈開(kāi)關(guān)恒流源的設(shè)計(jì)電路如圖2所示，其各部分的功能如紅字所標(biāo)注。圖中抗雷擊和EMI濾波組成EMC電路，饋流供電是利用已經(jīng)做在芯片內(nèi)部的整流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖2：18W LED日光燈的實(shí)用電路圖。

從AC220V看進(jìn)去，交流市電入口接有1A保險(xiǎn)絲F1和抗浪涌/雷擊的壓敏電阻Vz1；之后是EMI濾波器，由Ld1、Lc1和Cx1、Cx2組成；DB1是全橋整流器，內(nèi)部是4個(gè)高壓硅二極管；CE1、CE2、R10、D2～D4組成無(wú)源功率因數(shù)校正電路；BP2808芯片由R15、R16啟動(dòng)電阻降壓經(jīng)R17、C3前饋補(bǔ)償，并由Dz1、C2、R18與BP2808內(nèi)部電路組成專(zhuān)利的恒流補(bǔ)償電路穩(wěn)壓后給BP2808控制電路供電，系統(tǒng)啟動(dòng)后由于控制電路本身靜態(tài)電流小，以及芯片內(nèi)部存在從OUT到VCC的饋流二極管可向BP2808提供工作電源，此時(shí)電阻R15-17上通過(guò)的電流將大大降低，因而總的系統(tǒng)功耗也大大降低，系統(tǒng)效率得到明顯提高。專(zhuān)利的源極驅(qū)動(dòng)電路由MOS管Q1、D6、Rg、Rt 、Rcs與BP2808內(nèi)部電路組成，其顯著特點(diǎn)是有效降低功耗、提高恒流精度。源極驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)電路使系統(tǒng)消耗電流減少，尤其是減少了傳統(tǒng)的高壓差供電通路中類(lèi)似R15-17上的電流，從而降低了功耗，提高了效率。D6、Rg可使開(kāi)關(guān)開(kāi)通驅(qū)動(dòng)變軟，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)保持較強(qiáng)，既改善EMI，又盡量不犧牲效率。與LED光源并聯(lián)的輸出濾波電容C0用以減少LED光源上的電流紋波。

BP2808的CS端采集電流采樣電阻Rs1～Rs2上的峰值電流，由內(nèi)部邏輯在單周期內(nèi)控制OUT腳信號(hào)的脈沖占空比進(jìn)行恒流控制，輸出恒流與D5、LM1的續(xù)流電路合并向LED光源恒流供電。LED光源陣列組合改變時(shí)，電阻Rs1～Rs2的阻值也要隨之改變，使整個(gè)電路的輸出電流滿(mǎn)足LED光源陣列組合的要求。

PCB板的排列是做好產(chǎn)品的關(guān)鍵，因此PCB板的走線(xiàn)要按電力電子安全規(guī)范要求來(lái)設(shè)計(jì)。本電路可通用于T10、T8日光燈管，因兩管空間大小不同，二塊PCB的寬度將不同，要降低所有零件的高度，以便放入T10、T8燈管。圖3是T10恒流源板的實(shí)物照片，30個(gè)組件安裝0.8 毫米厚的環(huán)氧單面印制板上。

圖3：18W LED日光燈開(kāi)關(guān)恒流源的實(shí)物照片。

如是設(shè)計(jì)AC85V--264V全電壓輸入，又要考慮PFC，可將LED光源陣列設(shè)計(jì)成0.06W白光LED 12個(gè)串聯(lián)、24串并聯(lián)方案。BP2808做LED日光燈電源驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)時(shí)，建議輸出電壓<100VDC、電流<600mA。

目前可使用的LED日光燈驅(qū)動(dòng)IC有好幾種，其性能參數(shù)都有差異，現(xiàn)列表1供設(shè)計(jì)選型參考。從中可見(jiàn)BP2808的固定Toff工作模式、100%占空比、芯片工作電流僅0.2mA、效率達(dá)92%、恒流補(bǔ)償和使用獨(dú)特的源極驅(qū)動(dòng)模式等特性，使其具有適用于LED照明燈具的明顯優(yōu)勢(shì)。

表1：LED日光燈驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品性能參數(shù)比較表。

BP2808的關(guān)鍵技術(shù)

恒流補(bǔ)償與源極驅(qū)動(dòng)二個(gè)專(zhuān)利應(yīng)用電路使BP2808應(yīng)用更顯方便和更具特色。從圖4可見(jiàn)，BP2808GND與LN的內(nèi)部電路與R3、C3、R4、Dz1、C2組成恒流補(bǔ)償?shù)膶?zhuān)利應(yīng)用電路；BP2808Vcc、CS與OUT的內(nèi)部電路與Q1、D6、Rg、Rt、Rcs組成源極驅(qū)動(dòng)的專(zhuān)利應(yīng)用電路。

圖4：恒流補(bǔ)償與源極驅(qū)動(dòng)二個(gè)專(zhuān)利應(yīng)用電路。

圖5是源極驅(qū)動(dòng)控制電原理路，從中可見(jiàn)BP2808內(nèi)部的低壓開(kāi)關(guān)MOS管(700mA)漏極連接到外部功率開(kāi)關(guān)MOS管Q1的源極，而其源極連接到采樣電阻RCS的一端以及第一比較器的輸入端，其柵極連接到RS觸發(fā)器的輸出端。外部功率開(kāi)關(guān)MOS管Q1的漏極輸出電流經(jīng)儲(chǔ)能電感直接驅(qū)動(dòng)LED光源。芯片內(nèi)的Do是饋流二極管，在BP2808啟動(dòng)工作后，從OUT到VCC的饋流經(jīng)Do整流向BP2808提供工作電源。

圖5：源極驅(qū)動(dòng)控制電原理路。

采用源極驅(qū)動(dòng)，可以有效減少驅(qū)動(dòng)電路電流消耗、降低功耗、提高效率；傳統(tǒng)的高壓差供電通路中為了將整流后的直流高壓降至PWM芯片所需要的低壓工作電壓，采用低阻大功率電阻降壓，器件發(fā)燙，自耗功率很大。

隔離與非隔離的多種LED燈具驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

BP2808還可應(yīng)用于設(shè)計(jì)隔離與非隔離的球泡燈、PAR燈、筒燈、嵌燈、庭院燈、防爆燈、洗墻燈、臺(tái)燈、工作燈、可控硅調(diào)光燈等LED光源燈具的驅(qū)動(dòng)電源。非隔離的燈具其設(shè)計(jì)原理可延用前述LED日光燈應(yīng)用典型方案設(shè)計(jì)思路，改變LED光源陣列的排列，可以變換成各款不同、形形式式的LED燈具，針對(duì)各種LED燈具對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的不同要求，可以改變電源的輸出特性設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足各不相同的需求。如可控硅調(diào)光控制就可在應(yīng)用電路上動(dòng)腦筋，增加在切相電源中提取導(dǎo)通角信息線(xiàn)路，并根據(jù)該信號(hào)來(lái)控制LED光源的驅(qū)動(dòng)電流，以得到調(diào)光的效果。

使用BP2808的LED日光燈已進(jìn)入2010年上海世博會(huì)的“滬上·生態(tài)家”、上海地鐵2號(hào)線(xiàn)江蘇路站廳和馬來(lái)西亞皇宮的照明系統(tǒng)。BP2808用于AC/DC的PAR燈、球泡燈等LED燈具的可控硅調(diào)光隔離和非隔離方案也已成熟，其可用于生產(chǎn)的應(yīng)用電路、PCB板圖、BOM亦已成套可供客戶(hù)享用。

本文小結(jié)

BP2808的固定Toff工作模式、100%占空比、芯片工作電流減至0.2mA、效率達(dá)92%、恒流精度提高，使其更適用于LED照明燈具的驅(qū)動(dòng)電源的應(yīng)用。BP2808在繼承和吸收國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)之外，采用了創(chuàng)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，芯片設(shè)計(jì)上有重大的改進(jìn)，性能更趨完善，特別是恒流補(bǔ)償與源極驅(qū)動(dòng)二個(gè)專(zhuān)利應(yīng)用電路使BP2808應(yīng)用更便捷有效節(jié)能。