3 LED 恒流驅(qū)動芯片之二:原邊控制的PWM 控制器OB2532

　　OB2532 是一種高性能的脫機PWM 控制器，輸出功率低于15W，可以用作低功率的AC /DC 充電器和適配器適配器

，如手機、數(shù)碼相機的充電器，PC 機和電視的輔助電源。采用SOT23 － 6 封裝，有6 條引腳。

 

　　由于反饋控制來自原邊，不存在隔離問題，因而無需像Viper12A /22A 那樣，要用到光耦光耦

和穩(wěn)壓器TL431( 在圖3 中使用了光耦H11AB17A 及雙運放和基準電壓TSM103) ，線路連接比較簡單。

 

　　3. 1 驅(qū)動電路的特點

　　(1) 全電壓范圍內(nèi)有± 5% 的恒流調(diào)整精度，輸出電流可以調(diào)節(jié)，可以設(shè)定輸出功率;

　　(2) 在原邊控制下的副邊恒流控制;

　　(3) 自適應(yīng)的峰值電流控制;

　　(4) 內(nèi)部有對原邊繞組的電感補償;

　　(5) 可以對恒流及恒壓值進行調(diào)整;

　　(6) 電源接通時有軟啟動功能;

　　(7) 電流檢測有前沿消隱功能( LEB) ，無需外接濾波電路;

　　(8) 能逐周對電流進行限制;(9)VDD 有欠電壓封鎖功能，且有回差。

　　OB2532 同Viper12A /22A 一樣，也具有恒壓(CV) 及恒流(CC) 輸出特性，其特性可以用圖8 的矩形曲線表示。

圖8 OB2532 的輸出矩形特性

　　在恒流(CC) 控制下，輸出功率可以通過CS 腳外接電阻電阻

RS( 也是MOS 管的源極電阻) 來調(diào)節(jié);在恒壓(CV) 控制下，為達到高效和提高性能的目的，可以有多種工作模式。此外，由于內(nèi)部有1 個對電纜電纜

　　電纜是一種用以傳輸電能信息和實現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)換的線材產(chǎn)品。既有導(dǎo)體和絕緣層，有時還加有防止水份侵入的嚴密內(nèi)護層，或還加機械強度大的外護層，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，截面積較大的產(chǎn)品叫做電纜。 [全文]

壓降進行補償?shù)木€路，可以使負載具有很好的調(diào)整特性。

 

　　器件在恒流模式及大負載下，工作于脈頻調(diào)制( PFM) 方式，而在輕負載/ 中等負載下，則降低頻率，并工作于脈寬調(diào)制( PWM) 方式。

　　3. 2 OB2532 的引腳符號及功能

　　它共有6 條引腳，其名稱及功能如下:

　　(1)GND———地;(2) GATE———為圖騰柱輸出，用來驅(qū)動外接的MOS 管;(3)CS———電流監(jiān)測輸入端，連到MOS 管源極的檢測電阻上;(4) INV———誤差放大器EA 的反相輸入端，由變壓器輔助繞組送來的反饋電壓經(jīng)電阻分壓加于此端，它反映輸出電壓的大小，PWM 占空比取決于誤差放大器EA 的輸出及3 腳的電流監(jiān)測信號;(5) COMP———EA 放大器的補償端，接補償電容，以使恒壓輸出保持穩(wěn)定;(6)VDD———IC 的電源。

　　3. 3 OB2532 的典型應(yīng)用電路

　　OB2532 的典型應(yīng)用電路如圖9 所示。輸入交流電壓經(jīng)橋式整流、L1、C1、C2濾波，直流電壓加到變壓器的原邊，再接到MOS 管的漏極，變壓器的輔助繞組N2經(jīng)VD5整流、C3濾波為IC 提供電源( 開始是由高壓經(jīng)電阻R1、R2降壓提供) ，同時N2還為反相端INV提供反饋電壓。MOS 管的源極電阻RS的檢測電流信號加于CS 腳，在這2 種信號控制下對輸入到MOS管的柵極驅(qū)動信號的脈沖寬度進行調(diào)整，以達到恒流的目的。變壓器的原邊接有緩沖網(wǎng)絡(luò)( 或稱阻尼網(wǎng)絡(luò)) ，它是由VD6、R5、C5組成的，接入VD6可以使反峰電壓通過二極管二極管

及電阻R5消耗其能量，降低反峰電壓，以免開關(guān)過程中在原邊繞組N1上出現(xiàn)的過高電壓損壞功率MOS 管。

 

圖9 OB2532 的典型應(yīng)用電路

　　變壓器的次級繞組的降壓電壓，經(jīng)二極管VD7整流、C6濾波，去驅(qū)動發(fā)光二極管LED。

　　這個電路的優(yōu)點是原邊反饋控制，不用加光耦和穩(wěn)壓源TL431，比較簡單，但需另接MOS 管?？梢则?qū)動10 只LED，其效率及輸出電流如表3 和表4 所列。

表3 OB2532 典型應(yīng)用電路的效率單位:%

表4 OB2532 典型應(yīng)用電路輸出電流精度單位:mA

　　4 LED 恒流驅(qū)動芯片之三:OB2535 /6 /8 系列

　　昂寶公司還推出一種類似Viper12A /22A 的產(chǎn)品，內(nèi)置MOS 管，但仍然采用原邊控制方案，不用光耦和TL431，空間緊湊，適用于單電壓輸入系統(tǒng)，可以驅(qū)動15W 以下的LED。其具體的應(yīng)用電路如圖10所示。有關(guān)這個電路各個元件的說明不再給出，它同圖9 基本上是相同的，讀者不難弄清楚各個元件的作用。圖9 和圖10 最大的區(qū)別，不過是原來外接的MOS 管換成內(nèi)置的罷了。

　　5 LED 恒流驅(qū)動芯片之四:高功率因數(shù)的PWM 控制器SN03

　　SN03 也是昂寶公司的產(chǎn)品，它是一種高功率因數(shù)的PWM 控制器，特別適用于照明領(lǐng)域，如用來驅(qū)動LED 燈。

　　5. 1 SN03 的特點

　　(1) SN03 基本上是一個功率因數(shù)校正電路，和功率因數(shù)校正器L6561、L6562 一樣，內(nèi)部含有如模擬乘法器、零電流檢測器( ZCD)、帶有前沿消隱( LEB)的電流檢測比較器、用來驅(qū)動功率MOS 管的圖騰柱輸出等，也采用臨界導(dǎo)通模式功率因數(shù)校正原理;

　　(2) 有很強的保護功能，如短路保護及過壓保護，欠電壓封鎖，逐周電流限制，柵極驅(qū)動輸出在內(nèi)部有箝位，可以保護外接的MOS 管等;

　　(3)VCC 的電源電壓范圍很寬，在9. 5 ～ 28V 的范圍內(nèi)都可工作;

　　(4) 無音頻干擾;

　　(5) 用于驅(qū)動LED 時，待機功耗低于0. 5W，且PF > 0. 95。

　　SN03 有8 條引腳，引腳名稱與L6561 基本一樣，只是1 腳的名稱由INV 改為FB，其他各腳名稱都一樣，功能也不變。

圖10 OB2535 /6 /8 系列的應(yīng)用電路

　　5. 2 用SN03 驅(qū)動LED 的實用電路

　　將SN03 芯片用于驅(qū)動LED 的方法其實很簡單，不過將原來的升壓電感做成變壓器，利用副邊的降壓繞組的輸出電壓經(jīng)整流、穩(wěn)壓、濾波去驅(qū)動LED，如圖11 所示。副邊的輸出電壓和電流通過光耦和TL431，反饋到SN03 的FB 腳，作為控制信號，改變脈沖寬度( PWM) ，控制輸出電壓和電流，從而達到輸出電流恒流的目的。

圖11 用SN03 驅(qū)動LED 的電路

　　電路的各部分元件作用如下:

　　(1) 輸入交流電壓經(jīng)橋式整流電容C1濾波，接變壓器原邊N1，然后與MOS 管的漏極相接，這與前面圖9、圖10 是一樣的。電容C4、電阻R7、二極管VD2起阻尼( 緩沖) 的作用，消除開關(guān)過程中N1繞組上過高的電壓，以免損壞MOS 管。輔助繞組N2經(jīng)VD1整流、C3濾波為SN03 提供電源，同時經(jīng)電阻R8接ZCD 腳，送去零電流檢測信號。MOS 管源極電阻R10上的電流信號送CS 腳。這些連接方法和所起的作用與圖9、圖10 一樣，觸類旁通，讀者不難理解。

　　(2) 輸出LED 燈電流及輸出電壓的反饋是通過光耦及TL431 進行的，為了說明它的工作原理，這里先介紹可調(diào)穩(wěn)壓器TL431 的符號及使用方法。

　　TL431 有2 種封裝形式，一種是三腳直插式塑封，另一種是雙列直插式塑封。三腳直插式的引腳排列如圖12( a) 所示，其使用連線如圖12( b) 所示。它像一個穩(wěn)壓值可調(diào)的穩(wěn)壓二極管，通過調(diào)節(jié)電阻R1與R2的比值，可以調(diào)節(jié)輸出的穩(wěn)定電壓VO = (1 +R1 /R2) VREF，其中VREF為2. 5V。

　　如果R1 = 0，即將1、3 腳短接在一起，則輸出電壓就是固定的VREF值。

　　輸出電流在圖11 的電阻R16產(chǎn)生壓降，輸出電壓則通過R9、R11改變左邊TL431 的輸出電壓，兩者都會使光耦的二極管電流發(fā)生改變，從而影響光耦三極管的電流，即改變反饋到FB 腳的電流，最終改變柵極驅(qū)動輸出的脈沖寬度，達到輸出恒流的目的。

　　用SN03 芯片驅(qū)動LED 發(fā)光，可以輸出10 ～ 40W功率，適合作臺燈、住宅照明、花園照明等。

圖12 TL431 的引腳排列及使用

　　6 LED 恒流驅(qū)動芯片之五:準諧振回掃式PWM 控制器OB2203

　　準諧振PWM 控制器OB2203 是昂寶公司推出的另一種驅(qū)動LED 芯片，輸出功率較大。在正常的負載情況下，它工作于準諧振模式，為了滿足CISPR －22 關(guān)于電磁兼容( EMC ) 的要求，其起始頻率為150kHz，而其最大開關(guān)頻率則由IC 內(nèi)部限定為130kHz。為了提高轉(zhuǎn)換效率，在輕負載情況下，它工作于脈沖頻率調(diào)制方式( PFM) ，而當(dāng)負載很小時，則工作于突發(fā)模式( Burst Mode) ，以減少開關(guān)損耗，這樣，它的待機損耗很小，而轉(zhuǎn)換效率很高。IC 內(nèi)部有一個P 溝道MOS 管，它可以根據(jù)負載情況，自動地將PFC 級的電源關(guān)斷或接通( 在方框圖中該PMOS 管連到VCC 與PFCVCC 之間，控制它們的通斷) ，使功率因數(shù)校正電路工作或不工作。

　　OB2203 具有很強的保護功能，如逐周電流限制( 過流保護OCP)、輸出過壓保護、VCC欠電壓封鎖、VCC箝位、柵極驅(qū)動箝位、過載保護、芯片過熱關(guān)斷( 當(dāng)芯片溫度達到140°C 時)、軟啟動以及最大開通時間限制(21μs) 等。最大的輸出源電流和灌電流可達± 1A。

　　OB2203 的用途有:電源適配器，液晶( LCD) 監(jiān)視器、電視機、個人電腦、機頂盒的電源，驅(qū)動LED 等。

　　6. 1 OB2203 的引腳名稱及功能

　　OB2203 共有8 條引腳，各個引腳名稱及功能如下:

　　(1) SS———多功能腳，在SS 與GND 腳間連接電容，可以設(shè)定軟啟動功能;另一個功能是如將SS 腳電壓拉高到3. 8V 以上，可以作為鎖存器的外部觸發(fā)信號，將IC 關(guān)斷。

　　(2) FB———反饋輸入腳，由輸入此腳的電平及3腳的電流檢測電平可確定PWM 的占空比。根據(jù)此腳的電平，決定IC 在以下3 種模式中工作在哪一種模式:準諧振( QR)、脈頻調(diào)制( PFM)、突發(fā)( BM)模式。

　　(3)CS———電流檢測輸入。

　　(4)GND———內(nèi)部線路的地。

　　(5) GATE———圖騰柱柵極驅(qū)動輸出，用來驅(qū)動MOS 管。

　　(6)VCC———IC 芯片電源。

　　(7) PFCVCC———此腳通過低阻抗的開關(guān)( PMOS管) 直接連到VCC，在待機和啟動時，開關(guān)斷開，PFCVCC 是關(guān)閉的，一旦副繞組穩(wěn)定后，PFCVCC 與VCC 相連，為PFC 提供電源。在有故障、無負載或輕負載時，開關(guān)斷開，PFCVCC 是關(guān)閉的。在PFCVCC關(guān)閉時，PFC 部分不工作。

　　(8)DEM———變壓器磁芯去磁的檢測端，它也用作過電壓保護(OVP) 的輸出。

　　6. 2 OB2203 的工作說明

　　與普通固定開關(guān)頻率的硬開關(guān)變換器相比，OB2203 準諧振回掃式變換器的特點是低電磁干擾(EMI) 和高轉(zhuǎn)換效率，有很好的保護功能，節(jié)能高效，很適合作脫機回掃式變換器使用。下面對它的特點及工作作一些說明。

　　6. 2. 1 啟動電流小

　　OB2203 通電后，VCC可以很快上升到開啟閾值，即便采用高阻值的啟動電阻，也能保證IC 可靠地啟動，又能減少功耗。例如可采用2MΩ、1 /8W 電阻和VCC電容，就可以啟動IC。

　　6. 2. 2 工作電流很小

　　OB2203 的工作電流很小，只有3mA。而在無負載或輕負載下，又能工作于擴展的突發(fā)模式(Extended Burst Mode) ，所以它的效率是很高的，可達88% 左右。

　　6. 2. 3 多種工作模式

　　OB2203 的工作模式有3 種，根據(jù)FB 腳的電壓VFB而改變，如圖13 所示。因為電壓VFB反映了線電壓和負載變化的情況。

　　(1) 在正常的工作情況下( VFB > Vth2)。

　　IC 工作于準諧振狀態(tài)( QR)。頻率隨線電壓和負載情況而變，當(dāng)達到限定的130kHz 頻率時，系統(tǒng)工作于斷續(xù)導(dǎo)通模式( DCM)。應(yīng)當(dāng)優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計，使得在全電壓范圍和滿負載的情況下，電路可以工作在指定的頻率范圍內(nèi)。

圖13 OB2203 的3 種工作模式與FB 腳電壓的關(guān)系

　　(2) 在輕負載情況下( Vth1 < VFB < Vth2)

　　此時，系統(tǒng)工作于脈沖頻率調(diào)制( PFM) 模式，以提高IC 的功率轉(zhuǎn)換效率。在PFM 模式，開關(guān)周期的開通時間是固定的，并根據(jù)負載情況調(diào)整其工作頻率。一般，在回掃式變換器中，負載減少導(dǎo)致FB 腳電壓下降，控制器監(jiān)控FB 腳的電壓，改變系統(tǒng)的頻率。但在PFM 模式下，仍保留其“波谷開關(guān)”特性(Valley switching characteristic) ，即在負載減輕時，系統(tǒng)自動地跳過一些波谷，從而降低其開關(guān)頻率。在這樣的情況下，自動地實現(xiàn)頻率的勻滑下降，以達到很高的功率轉(zhuǎn)換效率。

　　(3) 在零負載及很輕負載情況下( VFB < Vth1)

　　在這種情況下，系統(tǒng)工作于“擴展的突發(fā)模式”，此時，F(xiàn)B 的電壓低于突發(fā)模式的閾值電平Vth1，只在VCC 電壓低于某一預(yù)定電平或FB 腳輸入為有效電平時，柵極驅(qū)動才有輸出，使MOS 管導(dǎo)通，其它情況下，驅(qū)動輸出為低電平，以減少MOS 管的開關(guān)損耗，并最大限度地降低待機功耗。在“擴展的突發(fā)模式”下，開關(guān)頻率降為固定的22kHz，以消除可能存在的音頻噪聲。

　　6. 3 OB2203 的典型應(yīng)用電路

　　OB2203 的典型應(yīng)用電路如圖14 所示。

圖14 用OB6563 + OB2203 組成的40W 以上的LED 驅(qū)動電路

　　這個電路的前面部分是用OB 6 5 6 3 ( 相當(dāng)于L6563) 提高功率因數(shù)，輸出穩(wěn)定的直流電源，為OB2203 提供直流電壓，與一般的功率因數(shù)校正電路的工作原理一樣，不再贅述。后面部分是由OB2203提供恒流來驅(qū)動LED，反饋控制來自副邊繞組電壓的整流輸出通過光耦和TL431，去控制FB 腳的電流，保證輸出恒壓恒流。電路的工作原理和前面的Viper12A /22A 差不多，讀者也不難理解。

　　這個電路的性能指標如下:

　　(1) 輸出功率90W，19V /4. 73A;

　　(2) 待機功耗在264VAC 下為0. 28W；

　　(3) 平均效率88. 3% (90 ～ 260VAC) ;

　　(4) 輕載時，關(guān)閉PFC 部分以節(jié)省待機功耗;

　　(5) PF 值為0. 984(230VAC 滿載時) ;(6) 輸出穩(wěn)定，OVP 小(ΔVOVP /VOVP小于5% )。

　　6. 4 采用OB6663 來驅(qū)動40W 以上的LED

　　昂寶公司還生產(chǎn)另一種芯片OB6663，它實際上是將OB6563 和OB2203 合二為一，做成一塊芯片，這樣連線更簡單，占用面積更少，使用起來更方便。電路的具體形式如圖15 所示，從原理上講它和圖14 毫無二致，性能上也無差別。有關(guān)它的說明，不再贅述。

圖15 用OB6663 驅(qū)動40W 以上的LED 燈

　　7 結(jié)束語

　　本文主要討論了交流電驅(qū)動的大功率白光LED用芯片和實用電路。目前LED 大量在移動電話、數(shù)碼相機、個人數(shù)字助理、便攜式媒體播放器等裝置中作為小尺寸LCD 顯示屏的背光背光

照明光源光源

　　光源產(chǎn)品具有LED顯示、體積小、重量輕、易攜帶、電池供電、性能價格比高等特點，直觀快速，是一種使用極其簡單方便的測試工具，產(chǎn)品經(jīng)過防震防潮處理，可以在野外惡劣環(huán)境下長時間工作。 [全文]

使用，取代不夠環(huán)保的CCFL，由于在這類裝置中一般都使用可充電電池提供的低壓電源供電，該類LED 光源所用的芯片及其實用電路與本文介紹的完全不同，屬于另一范疇，在這里未能涉及，準備在另一篇文章中專門加以介紹。