基于AC／DC數字電源控制器iW3610的可調光LED控制器

摘要：iW3610是一種高性能AC／DC離線電源控制器。該芯片采用先進的數控技術檢測調光器類型和相位，采用調光器導通相位控制LED亮度。iW3610利用初級側感測技術和準諧振操作，并提供過電壓、過電流和過溫度等保護。
關鍵詞：iW3610；數字控制；可調光；LED驅動器

普通照明用LED驅動電源一般都采用基于PWM控制器的反激式變換器電路拓撲。這種解決方案雖然結構簡單，但一般不能利用傳統白熾燈用三端雙向晶閘管(TRIAC)調光器對LED進行調光，這是因為白熾燈是一種純電阻性負載，而AC／DC電源系統與白熾燈的情況完全不同。用iW3610型AC／DC數字電源控制器構建反激式LED驅動器，可以與所有類型的調光器兼容操作，調光范圍達2％～10％，并且無閃爍現象發生，在無調光器時的功率因數達0．9，系數效率達85％。

1 iW3610的結構與特點
iW3610采用8引腳SOIC封裝，引腳配置如圖1所示。

iW3610芯片集成了啟動和輸入電壓檢測電路、反饋信號調節電路、A／D轉換器、D／A轉換器、調光器檢測與相位測量電路、恒流控制電路、過電流保護比較器、峰值電流限制比較器、斬波(chopping)電路MOSFFT柵極驅動器以上主電源中MOSFET柵極驅動器等，如圖2所示。

iW3610各個引腳功能如下所述。
引腳1(OUTPUT(TR))：斬波電路MOSFFT開關柵極驅動輸出。
引腳2(VSENSE)：變壓器輔助繞組感測信號輸入，用于次級邊電壓反饋以對輸出進行調節。
引腳3(VIN)：整流輸出電壓檢測信號輸入，用于調光器相位檢測、輸入欠電壓／過電壓保護，在啟動期間為芯片提供電源電流。
引腳4(VT)：外部關閉控制端。如果關閉控制不用，應當連接一個電阻接地。
引腳5(GND)：地引腳。
引腳6(TSENSE)：初級電流感測輸入，用于逐周期峰值電流控制。
引腳7(OUTPUT)：反激式變換器MOSFET開關柵極驅動輸出。
引腳8(VCC)：控制器電源，啟動閥值是12V，欠電壓關閉門限電平為7．5V。
iW3610采用數字控制技術，具有包括：斬波電路，其作用是提高功率因數，為調光器提供動態阻抗；隔離反激式電路拓撲，提供低成本解決方案，允許利用傳統白熾燈調光器對LED進行調光。iW3610能夠對墻上調光器類型進仃檢測和對相位進行測量。iW3610在谷值模式開關，在無調光器時的效率可達85％。iW3610采用初級側反饋恒流控制技術，獲得容差±5％的LED電流調節。

2 基于iW3610的可調光LED驅動電源
采用iW3610的可調光LED驅動電源電路如圖3所示。適當選擇電路中元件，輸出功率可達45W。

2．1 電路組成
圖3所示的電路主要由以卜四個部分組成。
一是輸入EMI濾波器。L1、L2和C1組成EMI濾波器電路，R1和R2用來阻尼LC諧振振蕩。
二是橋式鎮流器。BR1為全橋橋式整流器。
三是斬波電路。VD1～VD3、C2和C4、L3、VT2、R6和R7組成斬波電路，用作為調光器提供動態阻抗。
四是反激式變換器。U1、VT1、變換器T1等構成反激式轉換器。T1初級繞組上的R8、C5和VD4，組成RCD型初級鉗位電容。T1次級側上的VD6和C7組成輸出整流濾波電路，R14為預負載，T1輔助(或偏置)繞組、VD5和C6組成U1引腳VCC上的偏置電源。輔助繞組同時提供輸出反饋，消除了次級側上的感測與光電耦合反饋電路。
調光器串接在AC線路輸入相線L上。U1能夠檢測調光器類型(如前沿調光器、后沿調光器等)，并檢測調光器相位。當U1檢測到調光器不存在時，電路照樣可以操作，而且具有高功率因數。
2．2 電路工作原理
(1)電路啟動
接通AC電源后，整流后的DC高壓經電阻R3、R4和U1內部連接在引腳VIN和引腳VCC之間的二級管對電容C6充電。只要U1引腳VCC上的電壓超過12V的閥值，U1中的控制邏輯使能，U1進入正常操作模式。在開始時的前3個AC半周期期間，U1引腳OUTPUT (TR)保持高電平，VT2導通。在調光器類型和AC線路周期被檢測后，恒流電路使能，輸出電壓開始上升。當輸出電壓高于LED串上的總正向電壓時，U1開始在恒流模式操作。
在U1啟動后，U1引腳VCC則由偏置電源供電。
(2)調光器檢測與相位測量
調光器檢測與調光器相位測量通過電阻R3、R4和U1引腳VIN內部電路來實現。
調光器檢測分兩步：第一步是確定調光器是否存存：第二步是在檢測到調光器存在的情況下確定調光器的類型(是前沿調光器還是后沿調光器)。調光器檢測發生在系統啟動后的第三個周期。當U1引腳③上的電壓VIN0．1V的時間不超過600us時，U1則確定調光器未接入，U1將調光器類型設置在“無調光器”。如果VIN0．1V的時間超過600us，U1則確定調光器的存在。如果調光器存在，U1將探測調光器類型。在調光器檢測期間，U1引腳①輸出高電平，斬波電路中的MOSFET(VT2)導通，從而為調光器產生一個純電阻性負載。
在發現調光器出現的第二個周期中檢測VIN周期并鎖定備用。當VIN超過0．1V并計數輸入電壓采樣時，開始測量調光器相位。如果可控硅導通時間為ton，調光周期是t，調光器相位則為ton／t。調光器中可控硅的導通角越大，電源輸出功率也就越大，LED則越亮；反之，調光器導通角越小，LED亮度也就越暗。
(3)斬波電路
斬波電路的作用是為調光器提供動態阻抗，并為反激式轉換器建立能量。VD2在電路C4上的電壓Vc4低于輸入電壓時為充電C4提供通路，當TRIAC的觸發時可以減少浪涌電流。在斬波周期期間，當VT2導通時，L3導通時，L3存儲能量；當VT2關斷時，L3釋放能量，使VD3導通。
L3、VT2、VD3和C4等組成的電路與常規功率因數校正(PFC)升壓變換器類似。在不接入調光器時，通過L3的平均電流與輸入AC電壓同相位，因此產生高于0．9的功率因數。
圖4為斬波電路相關波形。

(4)初級側反饋與恒定LED電流操作
iW3610采用初級側反饋，無需次級側感測和光耦合器。T1輔助繞組(匝數為NAUX)上的電壓VAUX是輸出電壓發射的結果。VD6上的正向壓降僅約0．5V，若忽略這個正向壓降，當T1次級繞組匝數為Ns時，輔助繞組上的電壓則為VAUX=Uo×(NAUX／NS)。T1輔助繞組上的電壓經R9和R10饋送到U1引腳VSENSE，經內部恒流控制電路將輸出電流調節到一個恒定電平上，而不管輸出電壓與否。
初級側電流通過VT1源極電阻R13檢測，以執行峰值電流限制(PCL)和過電流保護(OCP)。
(5)谷值模式開關
在恒流輸出操作期間，U1采用谷值模式開關，即VT1在漏一源極諧振電壓最低點上開關，因此具有最小的開關損耗和EMI。
(6)LED溫度漂移補償
U1引腳VT外部連接一個NTC熱敏電阻RNTC，為LED提供溫度漂移補償。RNTC能夠感測到LED溫度。當溫度較高時，U1可使LED變暗。如果LED溫度達到限制閥值，U1將關斷。

3 結束語
iW3610是一種采用先進的數控技術的反激式電源控制器。基于iW3610的可調光LED驅動器，能夠檢測調光器的存在、調光器類型并測量調光器相位，無閃爍調光范圍達2％～100％。iW3610采用初級側感測技術，無需次級反饋電路和環路補償元件，并通過脈沖接脈沖的波形分析來實現LED恒流調節。iW3610在準諧振模式的操作，在無調光器時提供85％的效率。iW3610結合一個配合調光的斬波電路，再無調光器時的功率因數達0．9。iW3610全范圍的保護功能，使系統具有高可靠特性。