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解密LED电源用非隔离BUCK IC实现高精度恒流控制和各种保护功能

时间:04-21 来源:互联网 点击:

在LED照明应用中,由于非隔离BUCK开关电源的效率较高,所以有较多客户青睐,占了一部分的市场份额。以SN3 910为代表,市场上有一系列类是功能的IC,如BP2808,SMD802,AM850,SN3910....等。就价位来说,国内有些厂家的IC已经降到两块多人民币。所以对于低成本的应用,还是比较合理的选择。接下来以SN3910为例来说明此类IC的应用线路及思路。

工作原理:

1、当Q1导通时,输入电流Iin通过负载LED、电感L1、Q1到输入电源负极。

LED等发光的同时L1电感中的电流慢慢上升,达到峰值,直到Q1断开,L1储存能量。

2、当Q1断开时,由于“电容两端的电压不能突变,流过电感的电流不能突变。”

的原理,流过L1电感的电流通过续流二级管D1,负载LED形成回路。电感中的电流从峰值下降到一个值(该值如果大于零,Q1导通,则工作在CCM;等于零,Q1立即导通,则工作在BCM;等于零,Q1没有及时导通,则DCM),直到Q1导通。

注意:对于大部分的BUCK电路多设计工作在CCM,因为有以下两点好处:

1、 工作在CCM,输出纹波电流比较小。

2、 工作在CCM,输出电流比较好控制:Io=(ILpkh+ILpkl)/2

这里的Io为输出电流有效值,ILpkh 和ILpkl分别为电感电流峰值和谷值。

从DATAsheet可以看出:内部设置的VCS电压为:250mV,通过设置CS引脚到地的电阻,可以设置通过负载LED的峰值电流,那么是如何达到恒流的目的的呢?

从公式Io=(ILpkh+ILpkl)/2,可知:通过RCS设置了ILpkh,如果能够设置ILpkl的话,问题就解决了。

TOFF引脚到地的一个电容,用来设置TOFF(关断时间),在每个工作周期,有相同的关断时间;从电感的放电回路可以看出,如果在TOFF时间内,通过电感电流没有下降到0的话(CCM),那么Io=(ILpkh+ILpkl)/2能得到一个恒定的ILpkl,因此达到恒流的目的。

这样我们可以考虑如何设置电感L1 、RCS、COFF了。以一个常用的一个实例来说明:

INPUT:85~265Vac 50/60HZ

OUTPUT: 40V 0.35A (12LED)

首先:设置TOFF,从数据手册可以查到以下公式。

假设:COFF=220,则:Toff=11.73uS。

假定输出电流纹波系数为0.8,则:

RCS=VCS/IPKH=0.25/(0.35+(0.35*0.8)/2)=0.51R

计算电感量:

L等于40*11.73/(0.35*0.8)=1.676mH

1、普通BUCK ic来实现高精度恒流控制。

用过BUCK电路都知道,(无论是HV9910还是BP2808之类的),根据其应用电路来设计时,批量生产时,其一致性特别的差,记得我第一次用Bp2808时,样品调试还可以,效率达到0.88,但是小批量试产了50PCS后发现,输出电流误差范围竟然达到40%之多。尽敢电流检测电阻使用的是1%的,经过测试发现:

1、工形电感的电感量误差有20%。

2、由于工形电感的磁路通过外部空间,当与铝材的距离改变时,电感量也会跟着改变。

3、IC本身的CSpin的阈值电压精度不高。

4、IC内部的时间设置电路精度偏差。

5、外围元器件精度(尽敢采用1%的)。

综合以上5方面的因素,最终导致批量一致性极差。

解决精度的方法主要有两个:

1、 采用电位器改变CS引脚检测电阻的值或线性调光引脚的电压。

2、 加入反馈电路,对输出电流进行采样,反馈给IC来达到精确电流输出的目的。

对于第一种方法,个人认为,可行性不高。通过人工调节来做主要有两方面的不利因素:

1、 浪费太多时间,进行大批量生产时,延误交期。同时增加了生产成本。

2、 当电源调试OK后,组装到成品还有可能影响精度,特别是用工形电感装到铝材时。

加入反馈,能做到很高的精度,但是增加了成本。一般来说是可以接受的。接下来说说如何实现。如下图:

通过上面的图形可以看出:

1、通过调节RT电阻的阻值可以提高批量生产时输出电流的一致性。

但是我们并不主张使用该方法,缺点在上面已经阐明。

2、通过使用光藕来对输出电流进行检测,来控制批量输出电流精度。

原理为:当流过RISN电阻的电流发生变化时,芯片线性调光引脚的电压值跟着变化。当输出电流变大时,RISN两端的电压变大,光藕初级发光二极管的亮度增加,次级的电流变大,因此电阻R1两端的电压增加,所以线性调光引脚的电位下降,输出电流变小。反之同理,因此达到输出电流稳定的目的。当然该方法也有自身的缺点:

1、由于加入了采样电阻的压降,效率将降低。

2、当输出电流较大时,在采样电阻上的功耗较大,因此发热较大。

3、增加了一定的成本。但是对于要求较高的场合,不失为一个方法。特别是高压输出时,较理想。

2、保护功能的实现

如上图所示:

1、短路保护功能的实现:当输出短路时,RISN两端的电压增加,当达到一定值时,使得光藕次级的电流变大,电压降低,到一定值时,IC将

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