15W LED日光燈恒流驅(qū)動方案設(shè)計 - 全文

　　一、總體設(shè)計

　　FT870B是一款PWM控制型的高效的恒流型LED驅(qū)動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，主電流回路為 AC IN-F1-B1-LED-L1-Q1-R4-L2-B1-AC IN，此時AC給LED供電，并使電感L1存儲能量；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，主電流回路為L1-D4-LED-L1，此時電感L1釋放能量，保持LED的輸出。由于開關(guān)管導(dǎo)通時，流過LED的電流同時也流過R4，所以通過檢測R4上的電壓來檢測流過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.保險管F1

　?。?） 額定電壓Vrating

　　額定電壓Vrating需要大于V max，ac，即大于265V.

　?。?） 額定電流I rating

　　由于Vin×Iin×PF×η=PO ，所以

　　選擇保險管額定電流時要保留0.5的系數(shù)，所以保險管的額定電流

　?。?） 熔化熱能值I2t

　　與浪涌電流產(chǎn)生的能量有關(guān)。表征當(dāng)大電流流過保險管時，保險管熔斷的特性。I2t要大于浪涌電流產(chǎn)生的能量，使啟動的時候不會錯誤地把保險管熔斷。

　　（4） 額定溫度

　　實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

　?。?） 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的壽命將會明顯縮短。

　　■ 所以選擇V rating大于265V， I rating大于0.392A的保險管。

　　2.安規(guī)電容C1

　?。?） 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.

　?。?） 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

　　絕緣等級一般選擇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管的額定電流相同，選擇大于0.392A的額定電流即可。

　?。?） 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

　?。?） 最大反向耐壓VRRM

　?。?） 額定電流I rating

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

　?。?） 反向恢復(fù)時間trr

　　由于輸入電壓是低頻，所以trr的大小對電路沒什么影響，可以不考慮。

　?。?） 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;

　?。?） 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，為后級電路提供足夠的能量，所以電容

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

　?。?） 電容類型

　　由于用到的電容容量較大，一般使用鋁電解電容。

　?。?） 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。

　?。?） 體積

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

　?。?） 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.高壓啟動限流電阻R5

　　為了防止啟動時大電流沖擊燒壞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

　?。?） 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

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

　?。?） 電容類型

　　由于用到的電容量較大，一般使用鋁電解電容。

　?。?） 等效串聯(lián)阻抗ESR

　　ESR越小，損耗越小。

　?。?） 額定溫度

　　實(shí)際工作溫度不能超出額定溫度范圍。

　?。?） 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， ΔI=2I o，max，此時電感可以按照下面的公式計算：

　　這是臨界模式時的電感取值，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。

　?。?） 電感線徑R

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

　?。?） 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，如果一個電感體積太大，可以考慮用2個電感串聯(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

　?。?） 最大反向耐壓VRRM

　　當(dāng)mos管導(dǎo)通時，二極管D4承受的反向耐壓為

　　所以選取反向耐壓為600V.

　?。?） 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的電流不會超過電感L1飽和電流IL.

　　（3） 反向恢復(fù)時間trr

　　由于電路工作的頻率較高，所以需要反向恢復(fù)時間小的超快恢復(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。

　?。?） 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，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

　?。?） 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

　?。?） 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，損耗較小，所以選取mos管的額定電流IFET≥1A.

　?。?） mos管開啟電壓Vth

　　要保證Vth小于芯片的驅(qū)動電壓，即Vth《11V，由于一般高壓mos管的Vth為3~5V，所以這個參數(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。

　?。?） 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

　?。?） 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都不會太大以至于損壞期間。

　?。?） 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時輸出電流不會變化太快，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，電感L2儲能，電容C7給芯片供電，當(dāng)mos管關(guān)斷時，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，為了防止誤觸發(fā)，建議選用恢復(fù)時間小于75ns的超快恢復(fù)肖特基。