LM3444/LM3445 非隔離式LED照明應用改進型線性穩壓

摘要

本文基于LM3445的傳統非隔離式解決方案，詳細說明其工作原理。我們將對這種線性穩壓公式進行推導和分析。通過實際實驗結果對計算結果進行驗證，并證明其能夠非常緊密地匹配。為了評估大批量生產的可行性，我們對輸出電流容限進行了徹底的研究和分析。結果證明，傳統解決方案難以達到全部批量生產電流容限，特別是在當前市場所要求的更高輸出應用的發展趨勢下更是如此。

為了解決這個問題，我們建議使用一個簡易線性穩壓補償電路。我們從理論計算和實驗測量結果兩個方面，對這種建議解決方案進行了驗證。根據推導的輸出電流和線性穩壓速率公式，對實際批量生產所要求的最終總電流容限進行分析。根據所得結果，我們發現，在達到這種實際要求方面，實現了巨大的進步。最后，基于樣機對測試結果和計算結果進行比較;經證明，它們非常匹配。

1、 引言

隨著LED室內照明的日益增長，非隔離式方案和隔離式方案都變得越來越流行。特別是，高線性穩壓的高PF和精確恒定電流模式方案成為市場的主導方案。但是，由于輸出電壓變得更高更寬，傳統LM3444/L3445非隔離式應用無法達到這種寬余量要求，從而進一步限制了LM3445/LM3445的應用。

鑒于上述問題，本文的主要目標在于精確線性穩壓要求的高輸出應用。在本文中，通過第2章的一些公式，闡述一般工作原理。利用這些公式，我們可以求解最終輸出電流。為了對結果進行評估，第3章介紹了一個統一公式，通過它輸出電流得到簡化。另外，第3章還進一步詳細說明了電流容限分析。第4章給出了一些基于樣機的設計例子。文章給出了計算結果和仿真結果，并把它們與實驗結果進行比較。經證明，它們的匹配非常好。但是，深入研究后，我們發現仍然很難達到批量生產的電流容限要求。

為了解決這個問題，我們在第5章提出了一個建議補償電路。通過計算和仿真實驗，對這個補償電路進行了驗證。最終，實驗證明，該電路明顯改善了線性穩壓和電流容限性能。利用這種電路，得到改進的線性穩壓將在實際應用具備更強的競爭力，特別是在LED R30/PAR30/A19/E27 LED照明應用中。

2、 傳統非隔離式LM3444/LM3445解決方案的原理

圖1顯示了更高PF的傳統非隔離式解決方案。為了方便講解其工作原理，我們給參數做如下定義：

•Vout：LED輸出電壓

•I：單時間段內等效時間值

•Kfeed：輸入AC電壓的前饋系數

•Rs：電流檢測電阻器

•Rup：toff充電電阻器

•Cchar：toff充電電容器

•Vinmin：AC輸入電壓最小值

•Vinmax：AC輸入電壓最大值

•Vinac：AC輸入電壓

•_noimp：無改進線性穩壓電路函數

•_imp：改進線性穩壓電路函數

圖1 高PF的傳統建議非隔離式解決方案

這是一種典型的無反饋環路應用，但是它具有下列特性：

1、 更高的PF。通過輸入前饋電路實現。

2、 恒定電流。這是通過LED輸出電壓檢測toff電路實現。

AC輸入電壓可表示如下：

如圖1所示，C1大于C2，目的是實現更高的PF值，例如：C1/C2 = 220n/10n。LM3444或者LM3445的針腳5的電壓可以表示為：

3、 基于傳統解決方案的LED電流線性穩壓分析

由于LED電流已在上面做了推導，因此我們可以把總公式寫為：

我們可以看到，LED電流變化嚴重依賴于Vout，其意味著當LED電壓較低時它可以使用更高的線性穩壓，在這種情況下，其非常適合于GU10應用。

3.1 批量生產期間Δ LED電流變化分析

公式(11)推導出LED電流變化，但是這種變化在整個輸入范圍受Rs、L、Cchar和Rup容限的影響。根據批量生產要求，我們對其進行如下分析：

3.2 批量生產期間的LED電流容限分析

在批量生產中，LED電流受到規定。正常情況下，要求它在±5%范圍內，其在整個輸入范圍與Vled、kfeed、L、Cchar和Rup的容限無關。

由公式(9)，我們知道，LED電流變化受到這些參數的影響。下面是詳細分析。

1、批量生產時LED電流變化受Rs(例如：2%容限)影響情況如下：