【導讀】自LED光源進入通用照明領域,逐漸取代傳統光源,日益占據照明的核心領域。其除了耗能少、無污染、不含汞、壽命長等優(yōu)點外,可控性強是別于傳統光源的鮮明特點。隨著LED照明技術的應用成熟,可進行調光調色的特性使燈具不再只是照明的工具而已,它更能因應需求營造不同的燈光效果。此外,它與物聯網、智能控制領域高度的契合性在照明技術成熟的當前得以充分表現,也讓智慧照明藍海市場變?yōu)楝F實。
自LED光源進入通用照明領域,逐漸取代傳統光源,日益占據照明的核心領域。其除了耗能少、無污染、不含汞、壽命長等優(yōu)點外,可控性強是別于傳統光源的鮮明特點。隨著LED照明技術的應用成熟,可進行調光調色的特性使燈具不再只是照明的工具而已,它更能因應需求營造不同的燈光效果。此外,它與物聯網、智能控制領域高度的契合性在照明技術成熟的當前得以充分表現,也讓智慧照明藍海市場變?yōu)楝F實。
隨著LED照明應用廣泛,所以為了有健康舒適的照明環(huán)境,法規(guī)對LED燈具性能要求也越來越嚴格;在LED燈具初級階段,為了滿足PF與THD,考慮成本,室內照明大部分架構采用單級PFC,所以工頻紋波很大,采用手機拍攝有明顯看到水紋波,而此頻閃對人體產生的影響也逐步引起的重視。為了滿足無頻閃要求,最初都是輸出通過加去頻閃電路,但此電路弊端就是損耗效率,輸出電流越大,損耗越大,導致應用上的限制;另外若采用PFC+反激兩級式電路,可以滿足高PF與低紋波,但成本高;相對前面兩種架構,PSR CV+DC-DC這種架構應用而生,在既可以滿足高PF與低紋波情況下,成本上也介于二者之間,而隨著智能照明的興起,此設計優(yōu)勢更加明顯,主要原因是待機時調光模塊供電及同時可支持多路DC-DC輸出(如圖一)。
圖一 PSR CV+DC-DC(MCU Dimming Control)
近期歐盟也因應智能調光的廣泛也發(fā)布了新版諧波電流發(fā)射標準EN IEC 61000-3-2:2019,歐洲電工標準化委員會(CENCLEC)網站最新信息,該版本最快將于2022年3月1日替代目前使用的版本IEC 61000-3-2:2014。其主要是照明設備要求有較大的差異,此標準適用于連接到公用電力系統的每相額定輸入電流不大于16A的設備,與舊版標準相比,標準中主要變化如下:
1. 更新額定功率≤25W的照明設備的諧波電流發(fā)射限值,以考慮新型照明設備
2. 增加5W分界線,照明設備小于5W無諧波電流發(fā)射限值
近年來隨著智能照明系統興起,光源可以進行調光調色,從而新標準規(guī)定了5W≤P≤25W照明設備需要增加諧波電流測試,涵括產品類別非常廣泛,包括櫥柜燈,球泡燈,調光型小夜燈等小功率的LED燈具。
通嘉PSR CV方案-LD7841
通嘉開發(fā)了新一代高功率因數原邊反饋恒壓方案LD7841,它采用變化導通時間及限頻操作模式,使系統輕易達到相關要求;輸出電壓采用原邊回授并做膝點取樣,讓輸出電壓更加精準;為了全電壓范圍開機時間小于0.5秒要求, 內置高壓啟動及采用軟啟動邏輯,使輸出電壓開機期間無過沖現象;新型THD補償機制及導通時間監(jiān)控,使系統能維持高功因(PF>0.9)及低電流諧波(THD<20%)并維持待機時功耗小于0.5W等電氣要求;另外, LD7841具有完善的保護功能,包括BNI/BNO, VCC OVP, FB OVP, OLP, OSCP, SDSP..等,典型應用如下:
圖二 典型應用
LD7841 恒壓軟啟動工作邏輯
CH1:VVCC,CH2:VCOMP,CH4:VOUTPUT
圖三 VREF啟動時序
當VCC > UVLO_ON時,IC確定IC內部各個邏輯正常后,COMP pin電壓迅速爬升至VCMP_OPEN=4.7V,Ton開最大打出能量,讓輸出電壓迅速建立,此時內部VREF基準電壓限制為3.2V,當VFB檢測電壓為3.2V時,COMP pin電壓迅速下拉,回授開始建立,震蕩時間在190mS以內,VREF基準電壓從3.2V慢慢上升到3.5V,時間持續(xù)300mS,回授逐漸穩(wěn)定,從而實現VREF基準軟啟動,讓輸出電壓無過沖現象。
LD7841 QR,QR-DCM,DCM混模工作模式
(a)
(b)
(c)
(d)
圖四 工作模式
1. TFL=1/FSW_LIMIT,TO1=~5uS. And TO2=~(TFL+125uS)。
2. 通過檢測FB pin不同上升VFBR電壓,IC可以工作QR或者DCM;如果QRD信號觸發(fā)在TO1時間后但TO2時間前,IC直接在第一個谷底導通,如圖四(a)所示。
3. 如果QRD信號觸發(fā)在TFL結束前,此時QRD觸發(fā)IC不會打開MOS,等到TFL結束QRD信號再次觸發(fā),MOS會在TO1時間內諧振谷底導通,如圖四(b)所示。
4. 如果QRD信號在TFL結束前都沒有觸發(fā),等TO1時間結束后MOS直接導通,如圖四(c)所示。
5. LD7841在一個半波內可能會工作在QR,QR-DCM,DCM三種模式,通過混模及限頻方式可以改善重輕載效率,如圖四(d)所示。
LD7841功能及應用說明
FB (Pin1)功能: 輸出電壓偵測、QR切換偵測、最大導通時間設定、過電壓/欠電壓保護,附加IC腳斷路及開路保護
1. 輸出電壓偵測
圖五 FB電壓偵測
當二次側電流剛好泄放到零時,一次側諧振開始,通嘉通過引入膝點偵測技術,FB取樣轉折點波形電壓并保持到下一個開關波形,這樣可以消除變壓器電流對二次側整流管VF受順向電流大小而影響,計算公式如下:
2. QR切換偵測
圖六 ZVS偵測
VFB檢測到輔助繞組電壓,當電壓下降低于VQRD時,變壓器電流降到零,QRD信號觸發(fā),驅動會打開MOS。
3. 最大導通時間設定
圖七 Ton MAX設定
當VCC ≧ UVLO_ON及BNI已經觸發(fā)時,LD7841內部吐出恒流源并延時一個時間檢測通過RFB_T產生的電壓來設定最大導通時間,設定參考表一:
表一 最大Ton時間設定
LD7841操作時會通過偵測HV Pin改變最大導通時間值進而補償COMP pin 位準,補償電壓范圍在100VDC-420VDC,計算公式:
4. 過電壓保護
CH1:VVCC, CH2:VCOMP, CH3:VFB, CH4:VGATE
圖八 FB OVP保護,OVP限值通過Rcs設定
在正常工作時如果RFB_UP電阻短路或者RFB_DOWN電阻開路,一旦VFB電壓高于VFB_OVP_0(典型值4.0V)或者VFB_OVP_1(典型值4.2V),并連續(xù)檢測到4個周期,LD7841會觸發(fā)過電壓保護并立即關斷驅動至IC重新啟動1次后再觸發(fā)保護,直到故障解除。
欠電壓保護
結論
本文主要講解了通嘉新一代原邊反饋恒壓方案LD7841,它采用SOP-8封裝,擁有快速啟動、高效率、高PF、低THD等優(yōu)點;采用膝點偵測技術讓輸出電壓更加準確,而IC本身擁有很多的保護功能,能夠讓系統在異常發(fā)生時及時提供保護。透過以上的介紹,讓電源設計者對LD7841使用時更加熟悉跟了解,如有更進一步的需求及想法,歡迎跟通嘉科技聯絡。
(來源:END,作者:通嘉FAE–郭龍劍)
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