大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片XLT604及其電路應(yīng)用

LED以其壽命長(zhǎng)且耗電小等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于指示燈、大型看板、掃描儀、傳真機(jī)，手機(jī)、汽車用燈、交通信號(hào)燈等方面。但在照明光源方面，目前的LED因亮度及價(jià)格尚未具備取代其它光源的條件。然而，隨著亮度持續(xù)提升，LED將在不久的將來(lái)取代白熱燈與日光燈，且價(jià)格也會(huì)因量產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步而下降，應(yīng)用需求將大幅增加。

??????? 1 XLT604芯片的結(jié)構(gòu)功能

　　XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計(jì)的PWM高效LED驅(qū)動(dòng)控制芯片。它在輸入電壓從8V(DC)到450V (DC)范圍內(nèi)均能有效驅(qū)動(dòng)高亮度LED。該芯片能以高達(dá)300 kHz的固定頻率驅(qū)動(dòng)外部MOS-FET。且其頻率可由外部電阻編程決定。外部高亮LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增強(qiáng)LED的可靠性，其恒流值可由外部取樣電阻值決定，其變化范圍從幾毫安到1安培。

　　XLT604驅(qū)動(dòng)的LED可以通過(guò)外部控制電壓來(lái)線性調(diào)節(jié)其亮度，亦可通過(guò)外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度。

??????? XLT604的功能框圖如圖1所示。

圖1：XLT604的功能框圖

??????? 各引腳的主要功能如表1所示。

表1：各引腳的主要功能

??????? 2 XLT604的應(yīng)用電路

　　XLT604是可降壓、升壓、升降壓驅(qū)動(dòng)大功率LED串的控制芯片。該芯片既適用于AC輸入，也適用于8～450 V的直流輸入。交流輸入時(shí)，為提高功率因素，可在線路中加入無(wú)源功率因素校正電路。XLT604可驅(qū)動(dòng)上百個(gè)LED的串聯(lián)或數(shù)串并聯(lián)，并可通過(guò)調(diào)節(jié)恒流值來(lái)確保LED的亮度并延長(zhǎng)壽命。PWM_D端可采用低頻脈寬調(diào)制的方法調(diào)節(jié)LED亮度，同時(shí)兼作使能端，該端懸空時(shí)，芯片無(wú)輸出控制。實(shí)際上，該芯片也可以通過(guò)LD端的線性調(diào)壓方式調(diào)節(jié)LED的亮度。圖2所示是XLT604在交直流輸入中的典型應(yīng)用電路。

圖2：XLT604在交直流輸入中的降壓驅(qū)動(dòng)電路

3 電路元器件的參數(shù)設(shè)計(jì)

??????? 3.1 電路開(kāi)關(guān)頻率的計(jì)算

　　開(kāi)關(guān)頻率決定了電路中電感的大小，大的頻率可以使用較小的電感，但這會(huì)增加電路的損耗。典型的頻率應(yīng)在20～150 kHz左右，歐洲的電壓是230 V，可以用較小的頻率；北美的電壓是120 V，因此選擇100 kHz是一種好的折中方案。電路中的振蕩電阻可以通過(guò)下式計(jì)算：

　　fosc=22000／(Rosc+22)

　　式中，Rosc的單位為kΩ

??????? 3.2 交流輸入電感的設(shè)計(jì)

　　設(shè)輸入有效值為120 V，Iled為350 mA，fosc為50 kHz，10個(gè)LED的正向壓降Vleds為30V；則：

　　Vin=120×1.41=169 V

　　那么，開(kāi)關(guān)占空比：

　　D=Vleds／Vin=30／169=0.177

　　Ton=D／fosc=3.5 ms

　　L=(Vin-Vleds)Ton／(0.3Iled)=4.6 mH

?????? 3.3 輸入濾波大電容的設(shè)計(jì)

　　輸入濾波電容應(yīng)確保整流電壓值始終大于兩倍的LED串電壓，假設(shè)電容兩端有15％的紋波電壓，那么，其電容的簡(jiǎn)單計(jì)算方法如下：

　　Cmin=0.06IledVleds／Vin2=22μF

　　因此，選擇值為22μF／250 V的電容作為輸入濾波電容。

??????? 4 應(yīng)用控制

??????? 4.1 LED驅(qū)動(dòng)控制

　　XLT604可用來(lái)控制包括隔離／非隔離、連續(xù)／非連續(xù)等多種類型的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)GATE端輸出高電平時(shí)，電感或變壓器原邊電感的儲(chǔ)能將直接傳給LED串，而當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在電感上的能量將會(huì)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)電流。

　　當(dāng)VDD電壓大于UVLO時(shí)，GATE端可以輸出高電平，此時(shí)電路將通過(guò)限制功率管電流峰值的方式工作。將外部電流采樣電阻與功率管的源極串聯(lián)，可在外部采樣電阻的電壓值超過(guò)設(shè)定值(內(nèi)部設(shè)定值250 mV，亦可通過(guò)LD外部設(shè)定)時(shí)，功率管關(guān)斷。如果希望系統(tǒng)軟啟動(dòng)，則可在LD端對(duì)地并接一個(gè)電容，以使LD端電壓按期望的速率上升，進(jìn)而控制LED的電流緩慢上升。

??????? 4.2 調(diào)光

　　本電路的調(diào)光有線性調(diào)節(jié)租PWM調(diào)節(jié)兩種方式，兩種方式可單獨(dú)調(diào)節(jié)，也可組合調(diào)節(jié)。

　　線性調(diào)光可通過(guò)調(diào)節(jié)LD端口的電壓(從0～250 mV)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該電壓優(yōu)先于內(nèi)部設(shè)定值250mV。通過(guò)調(diào)節(jié)連接在電源地上的變阻器可改變CS端的電壓，當(dāng)LD端的電壓高于250 mV時(shí)其電壓變化將不影響輸出電流。而如果希望更大的輸出電流，可以選擇一個(gè)更小的采樣電阻。

　　PWM調(diào)光則通過(guò)一個(gè)幾百赫芝的PWM信號(hào)加在PWM_D端來(lái)實(shí)現(xiàn)。PWM信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度正比于LED燈亮度，在該模式下，LED電流可以為0或設(shè)定值之一。通過(guò)PWM調(diào)節(jié)方式可以在0～100％范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)光。但不能調(diào)出高于設(shè)定值的電流。PWM調(diào)光的精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬。

??????? 4.3 功率因素校正

　　當(dāng)電源輸入功率不超過(guò)25 W時(shí)，可采用一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源功率因素校正電路來(lái)進(jìn)行功率校正，該電路含有三個(gè)二極管和兩個(gè)電容，可將電路功率因素提高至0.85。該PFC電路如圖3中的虛線框所示。

圖3：調(diào)光電路中的PFC電路

??????? 5 結(jié)束語(yǔ)

　　新一代1 W、3 W和5 W的LED的輸出功率是標(biāo)準(zhǔn)LED輸出的10～50倍，選擇哪種芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)新型大功率LED不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)，這使得利用這些新型LED進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要面臨很多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。事實(shí)上，驅(qū)動(dòng)器、肖特基二極管和電感也都有多種選擇，而適當(dāng)?shù)慕M合又取決于多種因素(諸如成本、尺寸、驅(qū)動(dòng)器發(fā)熱以及所有其他所需的輸入／輸出等)。此外，PCB板的不合理布線也可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的失敗。