基于三引腳PWM控制器HV9921/22的LED燈電源及設計

　　關鍵詞：HV9921/22；LED燈；驅動器；電路；設計

　　1、引言

　　高亮度LED的發展使LED不再局限于僅在便攜式電子產品（如電話手機）中應用。像裝飾照明等許多場合，LED并不適宜采用電池供電，而需求利用工頻市電電源供電。傳統的LED交流電源供電方案需要一個電源變壓器，將220V的AC電壓降壓。而HV9921/22這類LED燈驅動器，無需大而笨重的電源變壓器，可以在85～264V_AC的通用AC線路電壓下工作。

　　2、HV9921/22三引腳開關型LED燈驅動器IC

　　HV9921和HV9922是用于控制在連續導電模式（CCM）工作的降壓（buck）變換器拓撲的PWM峰值電流控制器，其輸出電流在內部分別預置在20mA（HV9921）和50mA(HV9922)。

　　HV9921/22采用三引腳SOT－89和TO－92封裝，引腳排列及其內部結構如圖1所示。當20～400V的電壓輸入到漏極（DRAIN）腳時，內部高壓線性穩壓器產生一個7V的DC電壓出現在V_DD腳。當V_DD腳上的電壓超過門限電平（5V）時，內部MOSFET導通。當輸入電流超過內部預設置電平時，電流傳感比較器復位RS觸發器，MOSFET關斷。同時，單發（one-shot）電路被激活，確定關斷時間（10.5μS）。只要關斷時間結束，RS觸發器則置性，新的開關周期再次開始。為防止電流感測比較器虛假觸發，一個300nS的“消隱”延遲被提供。

　　3、恒流輸出LED燈電源設計

　　基于HV9921（或HV9922）的LED燈通用85～264V_AC線路輸入LED燈電源電路如圖2所示。

　　若LED選用Osram公司的LW541C，其正向壓降V_F＝4.1V。LED串由10個LED組成，輸出恒流I_O＝20mA。主要元件選擇如下

（1）計算輸出電感L1電感值并選擇C_O

　　L1值可根據下式計算：

　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　　式中：輸出電壓；V_O=10×V_F=10×4.1V=41V；關斷時間T_OFF＝10.5μS；輸出紋波電流（峰－峰值）按30％計，即△I_O=0.3IO=0.3×20mA＝6mA。將這些數據代入式（1），得：

　　選擇L1＝68mH，電流容量I＝30mA，自諧振頻率F_SR＝170KHZ，由于，所以L1的線圈電容C_L為：

　　在每個開關周期中，C_L充電和放電在LED串中引腳大電流尖峰，C_O用作旁路這些尖峰信號。推薦Co＝0.01μF/100V。

　　（2）選擇輸出整流二極管D1

　　D1選用超快速恢復二極管MUR160，其V_R＝600V，trr＝20ns（I_F＝20mA，I_RR＝100mA），C_J＝8pF。

　　（3）計算HV9921腳1（DRA/N）上的總寄生電容C_P

　　Ic腳1上的總寄生電容為：

　　 （2）

　　式中：C_DRAIN為IC輸出電容，C_DRAIN＝5pF；C_PCB為印制電路板（PCB）寄生電容，C_PCB＝5pF。由于C_L＝13pF，D1結電容CJ＝8pF，故C_P為：

　　（4）計算電流感測信號前沿尖峰持續時間T_SPIKE：

　　前沿電流尖峰持續時間按式（3）計算：

　　 （3）

　　式中：I_SAT為MOSFET飽和電流，I_SAT＝100mA；V_AC（max）為最高AC輸入電壓，V_AC(max)＝264V。又C_P＝31pF，D1反向恢復時間trr=20ns，因此：

　　所計算的TSPIKE值小于最小消隱時間（200ns）。

　　（5）計算HV9921的功率損耗

　　設變換器效率η=0.7，開關損耗利用式（4）計算：

　　將有關數據代入式（4），得：

　　最小占空因數Dm為：

　　HV9921的導通損耗P_COND為：

　　 （5）

　　式中：R_ON為HV9921導通電阻，R_ON＝210Ω；I_DD內部線性穩壓器工作電流，I_DD＝200μA；K_C和K_d是最小占空比D_m確定的系數，從圖3所示的曲線查得，在D_m＝0.16下，K_C＝0.25，K_d＝0.63。因此，P_COND值為：

　　HV9921的總功耗為：

　　P_TOTAL＝120mW+55mW=175mW

　　（6）輸入EMI濾波器元件選擇

　　CIN、LIN和LIN2組成EMI濾波器。其中，CIN數值按0.1～0.2μF/W來選擇。驅動器輸出功率為：

　　P_O＝I_OV_O＝20mA×41V＝820mW

　　因此，C_IN可選用0.1μF/400V的聚酯薄膜電容。

　　C_IN2選用0.033μF/400V的聚酯薄膜電容，L_IN＝2.2mH（電流容量為64mA）。

　　（7）其它元件的選擇

　　HV9921腳V_DD上的旁路電容C_DD為0.1μF/50V；二極管D2～D5選用600V、1A的IN4005；浪涌吸收器VRDI選用松下公司的ERZ－V05D431；F1為集成PCB保險絲。

　　圖2所示LED燈電源的印制板線路如圖4所示。

　　4、基于HV9922的通用離線LED燈驅動器電路

　　圖5所示為HV9922組成的通用離線LED燈驅動器電路，其結構與圖2相同。該LED燈電源AC輸入為80～265V_AC，頁載電流為50mA±15％，LED串電壓為20～30V_DC，效率約80％。該LED燈電源的印制板線路及實物如圖6所示。

　　5、結束語

　　Supertex公司推出的三引腳開關型LED燈驅動器HV9921和HV9922，僅需用很少量的外部元件，即可組成85～264V_AC通用輸入LED燈電源，分別提供20mA和50mA的恒定電流，可為10個高亮度LED組成的LED串供電。HV9921/22為設計緊湊低或本通用離線LED燈驅動器提供了解決方案。