|
3 LED 恒流驱动芯片之二:原边控制的PWM 控制器OB2532
OB2532 是一种高性能的脱机PWM 控制器，输出功率低于15W，可以用作低功率的AC /DC 充电器和适配器 适配器通俗一点说就是一种起中间连接作用的配件，使用这种配件的作用在于简化主机的硬件设计，增加主机的通用性和灵活性。 [全文]
由于反馈控制来自原边，不存在隔离问题，因而无需像Viper12A /22A 那样，要用到光耦 光耦全称是光耦合器，英文名字是：optical coupler，英文缩写为OC，亦称光电隔离器，简称光耦。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。 [全文]
3. 1 驱动电路的特点 (1) 全电压范围内有± 5% 的恒流调整精度，输出电流可以调节，可以设定输出功率; (2) 在原边控制下的副边恒流控制; (3) 自适应的峰值电流控制; (4) 内部有对原边绕组的电感补偿; (5) 可以对恒流及恒压值进行调整; (6) 电源接通时有软启动功能; (7) 电流检测有前沿消隐功能( LEB) ，无需外接滤波电路; (8) 能逐周对电流进行限制;(9)VDD 有欠电压封锁功能，且有回差。 OB2532 同Viper12A /22A 一样，也具有恒压(CV) 及恒流(CC) 输出特性，其特性可以用图8 的矩形曲线表示。
图8 OB2532 的输出矩形特性 在恒流(CC) 控制下，输出功率可以通过CS 脚外接电阻 电阻，物质对电流的阻碍作用就叫该物质的电阻。电阻小的物质称为电导体，简称导体。电阻大的物质称为电绝缘体，简称绝缘体。 [全文] 电缆是一种用以传输电能信息和实现电磁能转换的线材产品。既有导体和绝缘层，有时还加有防止水份侵入的严密内护层，或还加机械强度大的外护层，结构较为复杂，截面积较大的产品叫做电缆。 [全文]
器件在恒流模式及大负载下，工作于脉频调制( PFM) 方式，而在轻负载/ 中等负载下，则降低频率，并工作于脉宽调制( PWM) 方式。 3. 2 OB2532 的引脚符号及功能 它共有6 条引脚，其名称及功能如下: (1)GND———地;(2) GATE———为图腾柱输出，用来驱动外接的MOS 管;(3)CS———电流监测输入端，连到MOS 管源极的检测电阻上;(4) INV———误差放大器EA 的反相输入端，由变压器辅助绕组送来的反馈电压经电阻分压加于此端，它反映输出电压的大小，PWM 占空比取决于误差放大器EA 的输出及3 脚的电流监测信号;(5) COMP———EA 放大器的补偿端，接补偿电容，以使恒压输出保持稳定;(6)VDD———IC 的电源。 3. 3 OB2532 的典型应用电路 OB2532 的典型应用电路如图9 所示。输入交流电压经桥式整流、L1、C1、C2滤波，直流电压加到变压器的原边，再接到MOS 管的漏极，变压器的辅助绕组N2经VD5整流、C3滤波为IC 提供电源( 开始是由高压经电阻R1、R2降压提供) ，同时N2还为反相端INV提供反馈电压。MOS 管的源极电阻RS的检测电流信号加于CS 脚，在这2 种信号控制下对输入到MOS管的栅极驱动信号的脉冲宽度进行调整，以达到恒流的目的。变压器的原边接有缓冲网络( 或称阻尼网络) ，它是由VD6、R5、C5组成的，接入VD6可以使反峰电压通过二极管 二极管又叫半导体二极管、晶体二极管，是最常用的基本电子元件之一。二极管只往一个方向传送电流，由p型半导体和n型半导体形成的p-n结构成，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。 [全文]
图9 OB2532 的典型应用电路 变压器的次级绕组的降压电压，经二极管VD7整流、C6滤波，去驱动发光二极管LED。 这个电路的优点是原边反馈控制，不用加光耦和稳压源TL431，比较简单，但需另接MOS 管。可以驱动10 只LED，其效率及输出电流如表3 和表4 所列。 表3 OB2532 典型应用电路的效率单位:%
表4 OB2532 典型应用电路输出电流精度单位:mA
4 LED 恒流驱动芯片之三:OB2535 /6 /8 系列 昂宝公司还推出一种类似Viper12A /22A 的产品，内置MOS 管，但仍然采用原边控制方案，不用光耦和TL431，空间紧凑，适用于单电压输入系统，可以驱动15W 以下的LED。其具体的应用电路如图10所示。有关这个电路各个元件的说明不再给出，它同图9 基本上是相同的，读者不难弄清楚各个元件的作用。图9 和图10 最大的区别，不过是原来外接的MOS 管换成内置的罢了。 5 LED 恒流驱动芯片之四:高功率因数的PWM 控制器SN03 SN03 也是昂宝公司的产品，它是一种高功率因数的PWM 控制器，特别适用于照明领域，如用来驱动LED 灯。 5. 1 SN03 的特点 (1) SN03 基本上是一个功率因数校正电路，和功率因数校正器L6561、L6562 一样，内部含有如模拟乘法器、零电流检测器( ZCD)、带有前沿消隐( LEB)的电流检测比较器、用来驱动功率MOS 管的图腾柱输出等，也采用临界导通模式功率因数校正原理; (2) 有很强的保护功能，如短路保护及过压保护，欠电压封锁，逐周电流限制，栅极驱动输出在内部有箝位，可以保护外接的MOS 管等; (3)VCC 的电源电压范围很宽，在9. 5 ～ 28V 的范围内都可工作; (4) 无音频干扰; (5) 用于驱动LED 时，待机功耗低于0. 5W，且PF > 0. 95。 SN03 有8 条引脚，引脚名称与L6561 基本一样，只是1 脚的名称由INV 改为FB，其他各脚名称都一样，功能也不变。
图10 OB2535 /6 /8 系列的应用电路 5. 2 用SN03 驱动LED 的实用电路 将SN03 芯片用于驱动LED 的方法其实很简单，不过将原来的升压电感做成变压器，利用副边的降压绕组的输出电压经整流、稳压、滤波去驱动LED，如图11 所示。副边的输出电压和电流通过光耦和TL431，反馈到SN03 的FB 脚，作为控制信号，改变脉冲宽度( PWM) ，控制输出电压和电流，从而达到输出电流恒流的目的。
图11 用SN03 驱动LED 的电路 电路的各部分元件作用如下: (1) 输入交流电压经桥式整流电容C1滤波，接变压器原边N1，然后与MOS 管的漏极相接，这与前面图9、图10 是一样的。电容C4、电阻R7、二极管VD2起阻尼( 缓冲) 的作用，消除开关过程中N1绕组上过高的电压，以免损坏MOS 管。辅助绕组N2经VD1整流、C3滤波为SN03 提供电源，同时经电阻R8接ZCD 脚，送去零电流检测信号。MOS 管源极电阻R10上的电流信号送CS 脚。这些连接方法和所起的作用与图9、图10 一样，触类旁通，读者不难理解。 (2) 输出LED 灯电流及输出电压的反馈是通过光耦及TL431 进行的，为了说明它的工作原理，这里先介绍可调稳压器TL431 的符号及使用方法。 TL431 有2 种封装形式，一种是三脚直插式塑封，另一种是双列直插式塑封。三脚直插式的引脚排列如图12( a) 所示，其使用连线如图12( b) 所示。它像一个稳压值可调的稳压二极管，通过调节电阻R1与R2的比值，可以调节输出的稳定电压VO = (1 +R1 /R2) VREF，其中VREF为2. 5V。 如果R1 = 0，即将1、3 脚短接在一起，则输出电压就是固定的VREF值。 输出电流在图11 的电阻R16产生压降，输出电压则通过R9、R11改变左边TL431 的输出电压，两者都会使光耦的二极管电流发生改变，从而影响光耦三极管的电流，即改变反馈到FB 脚的电流，最终改变栅极驱动输出的脉冲宽度，达到输出恒流的目的。 用SN03 芯片驱动LED 发光，可以输出10 ～ 40W功率，适合作台灯、住宅照明、花园照明等。
图12 TL431 的引脚排列及使用 6 LED 恒流驱动芯片之五:准谐振回扫式PWM 控制器OB2203 准谐振PWM 控制器OB2203 是昂宝公司推出的另一种驱动LED 芯片，输出功率较大。在正常的负载情况下，它工作于准谐振模式，为了满足CISPR －22 关于电磁兼容( EMC ) 的要求，其起始频率为150kHz，而其最大开关频率则由IC 内部限定为130kHz。为了提高转换效率，在轻负载情况下，它工作于脉冲频率调制方式( PFM) ，而当负载很小时，则工作于突发模式( Burst Mode) ，以减少开关损耗，这样，它的待机损耗很小，而转换效率很高。IC 内部有一个P 沟道MOS 管，它可以根据负载情况，自动地将PFC 级的电源关断或接通( 在方框图中该PMOS 管连到VCC 与PFCVCC 之间，控制它们的通断) ，使功率因数校正电路工作或不工作。 OB2203 具有很强的保护功能，如逐周电流限制( 过流保护OCP)、输出过压保护、VCC欠电压封锁、VCC箝位、栅极驱动箝位、过载保护、芯片过热关断( 当芯片温度达到140°C 时)、软启动以及最大开通时间限制(21μs) 等。最大的输出源电流和灌电流可达± 1A。 OB2203 的用途有:电源适配器，液晶( LCD) 监视器、电视机、个人电脑、机顶盒的电源，驱动LED 等。 6. 1 OB2203 的引脚名称及功能 OB2203 共有8 条引脚，各个引脚名称及功能如下: (1) SS———多功能脚，在SS 与GND 脚间连接电容，可以设定软启动功能;另一个功能是如将SS 脚电压拉高到3. 8V 以上，可以作为锁存器的外部触发信号，将IC 关断。 (2) FB———反馈输入脚，由输入此脚的电平及3脚的电流检测电平可确定PWM 的占空比。根据此脚的电平，决定IC 在以下3 种模式中工作在哪一种模式:准谐振( QR)、脉频调制( PFM)、突发( BM)模式。 (3)CS———电流检测输入。 (4)GND———内部线路的地。 (5) GATE———图腾柱栅极驱动输出，用来驱动MOS 管。 (6)VCC———IC 芯片电源。 (7) PFCVCC———此脚通过低阻抗的开关( PMOS管) 直接连到VCC，在待机和启动时，开关断开，PFCVCC 是关闭的，一旦副绕组稳定后，PFCVCC 与VCC 相连，为PFC 提供电源。在有故障、无负载或轻负载时，开关断开，PFCVCC 是关闭的。在PFCVCC关闭时，PFC 部分不工作。 (8)DEM———变压器磁芯去磁的检测端，它也用作过电压保护(OVP) 的输出。 6. 2 OB2203 的工作说明 与普通固定开关频率的硬开关变换器相比，OB2203 准谐振回扫式变换器的特点是低电磁干扰(EMI) 和高转换效率，有很好的保护功能，节能高效，很适合作脱机回扫式变换器使用。下面对它的特点及工作作一些说明。 6. 2. 1 启动电流小 OB2203 通电后，VCC可以很快上升到开启阈值，即便采用高阻值的启动电阻，也能保证IC 可靠地启动，又能减少功耗。例如可采用2MΩ、1 /8W 电阻和VCC电容，就可以启动IC。 6. 2. 2 工作电流很小 OB2203 的工作电流很小，只有3mA。而在无负载或轻负载下，又能工作于扩展的突发模式(Extended Burst Mode) ，所以它的效率是很高的，可达88% 左右。 6. 2. 3 多种工作模式 OB2203 的工作模式有3 种，根据FB 脚的电压VFB而改变，如图13 所示。因为电压VFB反映了线电压和负载变化的情况。 (1) 在正常的工作情况下( VFB > Vth2)。 IC 工作于准谐振状态( QR)。频率随线电压和负载情况而变，当达到限定的130kHz 频率时，系统工作于断续导通模式( DCM)。应当优化系统的设计，使得在全电压范围和满负载的情况下，电路可以工作在指定的频率范围内。
图13 OB2203 的3 种工作模式与FB 脚电压的关系 (2) 在轻负载情况下( Vth1 < VFB < Vth2) 此时，系统工作于脉冲频率调制( PFM) 模式，以提高IC 的功率转换效率。在PFM 模式，开关周期的开通时间是固定的，并根据负载情况调整其工作频率。一般，在回扫式变换器中，负载减少导致FB 脚电压下降，控制器监控FB 脚的电压，改变系统的频率。但在PFM 模式下，仍保留其“波谷开关”特性(Valley switching characteristic) ，即在负载减轻时，系统自动地跳过一些波谷，从而降低其开关频率。在这样的情况下，自动地实现频率的匀滑下降，以达到很高的功率转换效率。 (3) 在零负载及很轻负载情况下( VFB < Vth1) 在这种情况下，系统工作于“扩展的突发模式”，此时，FB 的电压低于突发模式的阈值电平Vth1，只在VCC 电压低于某一预定电平或FB 脚输入为有效电平时，栅极驱动才有输出，使MOS 管导通，其它情况下，驱动输出为低电平，以减少MOS 管的开关损耗，并最大限度地降低待机功耗。在“扩展的突发模式”下，开关频率降为固定的22kHz，以消除可能存在的音频噪声。 6. 3 OB2203 的典型应用电路 OB2203 的典型应用电路如图14 所示。
图14 用OB6563 + OB2203 组成的40W 以上的LED 驱动电路 这个电路的前面部分是用OB 6 5 6 3 ( 相当于L6563) 提高功率因数，输出稳定的直流电源，为OB2203 提供直流电压，与一般的功率因数校正电路的工作原理一样，不再赘述。后面部分是由OB2203提供恒流来驱动LED，反馈控制来自副边绕组电压的整流输出通过光耦和TL431，去控制FB 脚的电流，保证输出恒压恒流。电路的工作原理和前面的Viper12A /22A 差不多，读者也不难理解。 这个电路的性能指标如下: (1) 输出功率90W，19V /4. 73A; (2) 待机功耗在264VAC 下为0. 28W； (3) 平均效率88. 3% (90 ～ 260VAC) ; (4) 轻载时，关闭PFC 部分以节省待机功耗; (5) PF 值为0. 984(230VAC 满载时) ;(6) 输出稳定，OVP 小(ΔVOVP /VOVP小于5% )。 6. 4 采用OB6663 来驱动40W 以上的LED 昂宝公司还生产另一种芯片OB6663，它实际上是将OB6563 和OB2203 合二为一，做成一块芯片，这样连线更简单，占用面积更少，使用起来更方便。电路的具体形式如图15 所示，从原理上讲它和图14 毫无二致，性能上也无差别。有关它的说明，不再赘述。
图15 用OB6663 驱动40W 以上的LED 灯 7 结束语 本文主要讨论了交流电驱动的大功率白光LED用芯片和实用电路。目前LED 大量在移动电话、数码相机、个人数字助理、便携式媒体播放器等装置中作为小尺寸LCD 显示屏的背光 屏幕的背景光。常被用于LCD显示上，其光源可能是白炽灯泡、电光面板(ELP)、发光二极管(LED)、冷阴极管(CCFL)等。电光面板提供整个表面均匀的光，而其他的背光模组则使用散光器从不均匀的光源中来提供均匀的光线。 背光可以是任何一种颜色，单色液晶通常有黄、绿、蓝、白等背光。而彩色显示采用白色白光，因其涵盖最多色光。 [全文] 光源产品具有LED显示、体积小、重量轻、易携带、电池供电、性能价格比高等特点，直观快速，是一种使用极其简单方便的测试工具，产品经过防震防潮处理，可以在野外恶劣环境下长时间工作。 [全文] |
|
|
