LM3444/LM3445 非隔离式LED照明应用改进型线性稳压解决方案

流容限分析

在批量生产中，LED电流受到规定。正常情况下，要求它在±5%范围内，其在整个输入范围与Vled、kfeed、L、Cchar和Rup的容限无关。

由公式（9），我们知道，LED电流变化受到这些参数的影响。下面是详细分析。

1、批量生产时LED电流变化受Rs（例如：2%容限）影响情况如下：

2、批量生产时LED电流变化受Rup（例如：2%容限）影响情况如下：

3、批量生产时LED电流变化受Cchar（例如：10%容限）影响情况如下：

4、批量生产时总LED电流变化受L（例如：16%容限）影响情况如下：

5、批量生产时总LED电流变化受kfeed（例如：2%容限）影响情况如下：

6、批量生产时某个Vled下的极端LED电流变化如下：

那么，按照批量生产要求总LED电流容限可表示为：

4 基于传统解决方案的线性稳压与批量生产电流容限设计举例证明

为了验证上面推导计算结果的有效性，我们按照表1所列参数制作一个样机。

表1 样机参数

利用第2章的公式（5），得到图2所示频率曲线图：

图2 小于90Vac和140Vac的无改进解决方案频率

利用第2章的公式（7）和（8），得到电感器的最大电流和平均电流（参见图3）：

图3 小于90Vac和140Vac的无改进解决方案输出电流

图4和图5显示了小于90Vac和140Vac的仿真和实验结果。

图4 90Vac以下电感电流和输出电流的仿真结果

图5 90Vac以下电感电流和输出电流的测试结果

测量和仿真得电流波形（参见图4和图5）几乎完全一样；输出纹波表明存在一些小的差异，原因是LED仿真模型和实际测试LED负载之间有差异。

图6 140Vac以下电感电流和输出电流的仿真结果

图7 140Vac以下电感电流和输出电流的测试结果

从图6和图7所示结果来看，计算结果好像密切匹配仿真结果与实际测量结果。这个结果为后面的容限分析提供了有力的理论支撑。

利用第2章的公式9，计算出标准输出电流；得到批量生产期间考虑到参数容限情况下的最大和最小输出电流：


图8 90Vac和140 Vac以下无改进解决方案的输出电流

利用3.2小节的公式（23），得到批量生产期间考虑到参数容限情况下的极端LED电流变化。

图9 90Vac到140Vac以下无改进解决方案组件容限对LED输出电流变化的影响情况

利用3.2小节的公式（24），得到批量生产期间的总LED电流容限（参见图10）：

图10 批量生产时90Vac到140Vac以下无改进解决方案的总LED电流容限

从公式（24），我们可以看到，90Vac到140Vac以上的正常LED电流变化为17mA，线性稳压为± 3.3%，这对单个组件而言是可以接受的。但是，实际工程的主要问题是总调节可行性，也即考虑组件容限情况下的总LED电流容限。由图8，我们知道，受组件容限影响的输出电流变化约为32mA。因此，批量生产时的总LED电流容限为± 8%以上，如图10所示。在实际生产过程中，这同样很难实现。从上述分析我们可以知道，线性稳压是改善输入范围总容限的关键。

5 改进型非隔离式LM3444/LM3445解决方案工作原理

为了改善线性稳压，我们建议使用图11所示线压补偿。

图11 改进型线压补偿电路

为了降低图11所示电路的闩锁电流容限，可使用更高精度的电阻器R21、R23和R1_comp。为了减少D11、Q3和Q4的正向电压影响，我们建议C7电压稍高一些（例如：20Vdc）。为了知道不同温度下的电流容限，规定V_C7为20V，Q4的V_c为20V，而R_comp为300K，然后进行SPICE温度扫描仿真。结果如图12所示。

图12 0°C、25 °C、50 °C和85 °C以下温度扫描仿真结果

由该结果，我们知道温度容限为±3%，因此可以进入实际设计。

在安装补偿电路（参见图11）以后，经过改善的toff的充电电流为：

为了减少Q3和Q4的Vbe的影响（如图11所示），我们建议，公式（27）的系数k尽可能地大，这样我们便可在设计中忽略Vbe。

最大电流和平均电感电流公式与第2章中的公式（7）和公式（8）一样。最终LED电流公式如下：

如果不考虑其他组件容限，则输出LED电流的标准化公式可以写为：

在实际计算过程中，我们可以做如下规定：0.95Char、0.99Rs、0.99Rup、1.08L和0.99 kfeed，以便得到最大LED输出电流。该计算公式如下：

利用相同的分析，我们可以做如下规定：1.05 Char、1.01Rs、1.01 Rup、0.92 L和1.01 kfeed，以便得到最小LED输出电流。该计算公式如下：

那么，我们可以得到下列频率范围和电感电流波形相关计算方法。

图13 90Vac和140Vac以下频率

图14 90Vac和140Vac以下电感电流

图15和图16显示了90Vac和140Vac以下实验结果

图15 90Vac以下电感电流和输出电流测