20W非隔离LED恒流驱动方案

系统参数

安装方式：板子即放在灯管背面，也可以拆开放在灯管两端

电流精度：AC 160V～250V输出电流变化±3%以内
功率因数：0.85
板子面积：双面板 2.4cm×7.8cm ਫ
高温老化： 70°C 恒温测试

实物图

系统电路设计特点

（1）设置LED驱动工作电流

工作在本设计的降压模式时，CS端的峰值电压反映了LED灯串的平均电流，然而这种确定的误差关系是这种电流检测方法的基础。这个误差是在电感峰值电流与平均电流之间引起的。在不同应用调节下由于不同电感纹波电流引起的LED平均电流和输出电压的变化可以通过调节峰值电流来补偿。在电感值、工作频率、启动电阻确定，并进行峰值电流补偿后，LED电流可以进行简单的设定。

系统电路原理图

（2）调光

线性调光可控制LD端电压在0-250mV。该控制电压考虑到内部CS端设置在250Mv。例如，利用分压电阻连接在Vdd与地之间能设置CS端的控制电压。在应用中，如控制电压超过250 mV时，将改变输出电流的设置。当期望有更高的输出时，可选择更小的检测电阻。

此应用中将LD端作为输出电流微调应用。

PWM调光原理将外部的PWM信号加到PWM端。PWM信号可由微控制器或脉冲发生器产生占空比，满足与亮度的比例关系。该信号能够使控制器使能或失能以调节LED电流。

（3）温度保护

一个热敏电阻（NTC）接在ROTP端就可以防止LED过热。ROTP端可提供一个内部流出电流IROTP =24000/ (RI [kΩ]) [μA]。当RI等于300千欧时该电流约80uA。当由于过热而造成ROTP端电压低于1V时系统关断。当过温情况解除，系统重新恢复正常工作 。

（4）优化EMI特性

CL6804采用了抖频技术（开关频率调制）。振荡器频率随机的进行小范围漂移，从而降低了中心频谱的噪声能量，进而最大程度的降低了通带的EMI干扰，减轻了系统设计的EMI挑战。

（5）电子稳压器

给 U1 供电的电路名叫倍容式纹波滤波器，是有效的电源净化器，它具有电容倍增式低通滤波器和串联稳压调整器双重作用，也叫ACR (Amplificatory Capacitance Regulator) 电路。在射极输出器的基极到地接一个电容C4，由于基极电流只有射极电流的 1/(1＋β）,  相当于在发射极接了一个(1＋β）C4  的大电容，这就是电容倍增式滤波器的原理。如果在基极到地再连接一个齐纳二极管，就是一个简单的串联稳压器，因此，该电路具有稳压和滤波双重作用，能有效地消除高频开关纹波。

注意选择双极结晶体管的Vbceo>500V,，Ic=100mA；稳压二极管D4 用16～18V。

（6）功率因数校正电路

普通的桥式整流后直接平滑滤波的AC-DC 电路，输入电压是正弦波，由于电容充电快放电慢，电流是不连续的脉冲波，谐波失真大，功率因数低。本电路用的是一种低成本的无源功率因数补偿电路，如图下所示。这个电路叫平衡半桥补偿电路，C1和D1组成半桥的一臂，C2和D3组成半桥的另一臂，D2和R1组成充电连接通路，利用填谷原理进行补偿。滤波电容C1和C2相串联，电容上的电压最高充到输入电压的一半(V /2)，一旦线电压降到V /2以下，二极管D1和D3就会被正向偏置，这样使C1和C2开始并联放电。采用这个电路后，系统的功率因数从0.6提高到0.88～0.9。

平衡板桥PFC电路

驱动电路应用说明

（1）首先检查LED板上发光管的串并结构， 每串LED必须在12～28个范围内，10～15串并联，总电流控制在260mA以内，总功率不要超过20W。

（2）恒流源板用2线电源线接220V 市电，L接火线，N接地线。允许市电有±15%的波动。

（3）接好LED 后再接通电源。不建议先上电再接LED，这样会损伤LED缩短使用寿命。在输出回路串联一个0.1欧姆(精度1%)的功率电阻测试两端电压进行观测电流，当LED 点亮后，如果电流偏离设计值，调节电路板上的电位器，可以微调输出电流。电流调好后在电位器螺杆上滴上硅胶固定，防止振动对电位器的影响。如果调电位器仍不能得到需要的电流值，也可以改变限流电阻。

电路元件选择

（1）电感选择

在设计LED恒流源时为保持严格的滞环电流控制,电感必须足够大,保证在HO,ON 期间,能向负载供应能量，避免负载电流显著下降，导致平均电流跌到期望值以下。

首先，我们来看一下电感的影响，假设没有输出电容(COUT)的存在，这样负载电流和电感电流完全一致,能更清楚地说明电感的影响。下图给出了在输入电压的变化范围内，电感值对频率的影响。可以看出，输入电压对频率的影响很大，电感值在输入低电压时对降低频率有很大影响。(注：您的不一定是和参考图完全一样,我在此只是说明问题)

不同电感值下的频率响应


电感减小时,在输入电压的变化范围内,负载电流的变化明显增大


频率跟据不同的输出电压和不同的电感值的变化曲线


电感减小时，在输出电压的变化范围内,负载电流的波动明显增大

选择电感感值大小在参考设计范围左右最多的是您的经验值，合适的选择感值主要需要考虑的条件是线路工作在合适的频率范围、合适的开关频率减少MOS开关次数,减少mos发热量、避免与同PCB线路同频干扰；

选择合适的电感内阻，内阻是电感发热的主要因数，从而提高线路效率；

选择合适的电流值，有时体积和成本是制约主要因数，但是还是要大于峰值电流的2倍(通常在65%)，就算在板级空间十分珍贵的情况下也要保证30%预留空间余量，这样可以有效的减小内阻，减小发热量；应用中采用一颗相对较大体积的电感器可以获得3%至4%的效率提升。

（2）输出电容器件选择

输出可同时使用输出电容以达到目标频率和电流的精确控制.电容能在整个输入电压范围内减小频率,一个小的 4.7μF 的电容就能显著减小频率.电流的调整也能因为电容值的增加而得到改善。

应用设计在输出端上采用低ESR(等效串联电阻)陶瓷电容器，以最大限度的减小输出波纹。采用X5R或X7R੟材料电介质，这是与其它电介质相比,这些材料能在较宽的电压和温度范围内维持其容量不变。对于大多数高的流设计，采用一个7至10uF输出电容就足够了。具有较低输出电流的转换器只需要采用一个1至2uF的输出电容器。

（3）快恢复二极管选择

通常开关转换与LED恒流驱动IC在mos管关断期间传到电流，所选择二极管反向耐压要针对线路最高输出电压脉冲值来确定，要大于这个值。二极管的正向电流不必与开关电流限值相等。流经二极管的平均电流是If是开关占空比的一个函数，因此应选择一个正向电流IF=I*(1-D)的二极管。通常二极管在功率开关断开时传到电流占空比通常小于50%，选择电流值与驱动电流相等即可。

（4）驱动器件MOSFET选择

常用的是NMOS。原因是导通电阻小，应用较为广泛，也符合LED驱动设计要求。所以开关电源和LED恒流驱动的应用中，一般都用NMOS。功率MOSFET的开关特性：MOSFET功率效应晶体管是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的一个显著特点是驱动电路简单，驱动功耗小。其第二个显著特点是开关速度快，工作频率高，功率MOSFET的工作频率在下降时间主要由输入回路时间常数决定。

一般的应用中IC的驱动可以直接驱动MOSFET，但是考虑到通常驱动走线不是直线，感量可能会更大，并且为了防止外部干扰，还是要使用Rg驱动电阻进行抑制。考虑到走线分布电容的影响，这个电阻要尽量靠近MOSFET的栅极。

采样电阻及其他元器件最好选用1%并且温度系数比较小的(例如饶线电阻)，这样可以减小温度对输出电流的影响；如果对电流精度和温度变化有更高的要求，建议使用康铜或锰铜四端专用电流采样电阻。

PCB布线设计指南

细致的PCB布线对获得低开关损耗和稳定性的工作状态至关重要，尽可能的使用多层板以便更好地抑制噪声干扰。大电流、回路、输入旁路电容地线和输出电容地线采用单点连接（即：星形接地方式），进一步降低接地噪声。正常工作状态下一般有两个大电流回路：一个是，MOSFET导通回路，由IN→电感→LED→MOSFET→检测电阻→GND；另一个是，电感→LED→续流二极管。为了降低噪声干扰，每个回路的面积应尽可能的小。