基于控制器LM3445的TRIAC調(diào)光離線LED驅(qū)動(dòng)電路原理解析

引言

基于控制器IC的可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器通常采用的調(diào)光方式有兩種，即數(shù)字PWM調(diào)光和模擬DC電壓調(diào)光。

基于相位控制的TRIAC傳統(tǒng)白熾燈和鹵素?zé)粽{(diào)光器若用于LED的調(diào)光控制，會(huì)產(chǎn)生100Hz或120Hz的閃爍，而且調(diào)光范圍非常窄。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（NS）公司推出的一種帶有TRIAC調(diào)光譯碼器的離線式AC/DC降壓（buck）恒流LED控制器LM3445，允許利用標(biāo)準(zhǔn)TRIAC調(diào)光器對(duì)LED進(jìn)行寬范圍的平穩(wěn)無(wú)閃爍調(diào)光，打破了傳統(tǒng)TRIAC調(diào)光器應(yīng)用與LED節(jié)能照明的一個(gè)瓶頸。

LM3445的主要特點(diǎn)：

LM3445與先前的同類離線式AC/DC降壓恒流LED驅(qū)動(dòng)器IC比較，其主要特點(diǎn)是在芯片上設(shè)計(jì)了TRIAC調(diào)光譯碼器電路，能傳感AC線路TRIAC調(diào)光波形，并將其轉(zhuǎn)換成控制LED電流的調(diào)光信號(hào)，幾乎能在從0%到100%的調(diào)光范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍LED亮度調(diào)控。

LM3445的其它特征主要有：

（1）AC輸入電壓范圍為80～270V，適用于國(guó)際通用AC線路；

（2）能夠控制大于1A的LED電流；

（3）適合配置無(wú)源（被動(dòng)式）功率因數(shù)校正（PFC）電路，滿足能源之星固態(tài)照明（SSL）商業(yè)應(yīng)用要求；

（4）支持主/從控制功能的多芯片解決方案，

使用一個(gè)TRIAC調(diào)光器和一個(gè)主LM3445，

便能控制多個(gè)基于LM3445的從屬降壓變換器驅(qū)動(dòng)的多串LED；

（5）提供VCC欠鎖定、門限是165℃的熱關(guān)閉保護(hù)和電流限制；

（6）固定關(guān)斷時(shí)間可編程，開(kāi)關(guān)頻率可調(diào)節(jié)；

（7）采用10引腳MSOP封裝，結(jié)溫范圍為一40℃～+125℃。

基于LM3445的TRIAC調(diào)光離線LED驅(qū)動(dòng)電路

1）基本電路

LM3445的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及由其組成的TRIAC調(diào)光離線式LED驅(qū)動(dòng)電路如圖一所示。這種AC—DC恒流LED驅(qū)動(dòng)電路主要含有五個(gè)部分，即TRIAC調(diào)光器、橋式整流器BR1、整流線路電壓檢測(cè)及調(diào)光譯碼器電路、無(wú)源功率因數(shù)校正（PFC）電路和降壓（buck）式DC/DC變換器電路，整個(gè)系統(tǒng)的核心是LM3445。

2）電路工作原理

（1）TRIAC調(diào)光器

在圖1中，串聯(lián)在橋式整流器BR1輸入端的TRIAC調(diào)光器采用傳統(tǒng)基于相位控制的電路，如圖所示。

R1、R2和C1值決定C1上電壓達(dá)到雙向觸發(fā)二極管（DIAC）觸發(fā)電壓（約32V）之前的延遲時(shí)間。對(duì)于負(fù)載是白熾燈時(shí)，R1值減小，TRIAC的導(dǎo)通延遲縮短，導(dǎo)通角增加，燈亮度則增強(qiáng)；反之，若R1值增加，TRIAC導(dǎo)通角將減小，燈光則變暗。在圖一中，TRIAC調(diào)光器被串接在AC線路輸入端，通過(guò)LM3445的調(diào)光譯碼器電路，可以控制LED串的電流，實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)控。

（2）TRIAC調(diào)光譯碼電路

TRIAC調(diào)光譯碼電路由整流線路電壓感測(cè)電路、TRIAC導(dǎo)通角檢測(cè)電路和調(diào)光譯碼器電路三部分組成（見(jiàn)圖一）。

①線路電壓感測(cè)

位于橋式整流器之后的R1、15V的齊納二極管VD1和VT1組成一個(gè)串聯(lián)通路整流器，將整流的線路電壓轉(zhuǎn)換為一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娖奖籌C（LM3445）的引腳BLDR感測(cè)。

由于VT1源極未連接電容器，當(dāng)線路電壓降至15V以下時(shí)，允許IC引腳BLDR上的電壓隨整流電壓升高和降低。

R5的作用有兩個(gè)：

一是用作泄放IC引腳BLDR節(jié)點(diǎn)寄生電容的電荷；二是在小電流輸出上操作時(shí)，為調(diào)光器提供所需要的保持電流。

二極管（肖特基型）VD2和電容C5的作用是，當(dāng)IC引腳BLDR上的電壓變低時(shí)，維持IC引腳VCC上的電壓，使IC能夠正常操作。

②角度檢測(cè)和調(diào)光譯碼器

TRIAC導(dǎo)通角檢測(cè)電路利用一個(gè)門限為7.2V的比較器監(jiān)視IC引腳BLDR來(lái)確定TRIAC是導(dǎo)通或者關(guān)斷。

比較器輸出經(jīng)4μs的延遲線控制一個(gè)泄放電路并驅(qū)動(dòng)一個(gè)緩沖器。

緩沖器輸出（引腳ASNS）擺幅被限制在0～4V，經(jīng)R1和C3組成的低通濾波器濾波，通過(guò)IC引腳FLTRl輸入到斜坡比較器（反相端），

與斜坡產(chǎn)生器產(chǎn)生的5.88kHz、l～3V的鋸齒波相比較，斜坡比較器輸出驅(qū)動(dòng)引腳DIM和一個(gè)N溝道MOSFET。

MOSFET漏極上的信號(hào)經(jīng)內(nèi)部370kΩ和IC引腳FLTR2上的電容C4組成的（第二個(gè)）低通濾波器濾波，輸至內(nèi)部PWM比較器。

調(diào)光譯碼器輸出一個(gè)幅度從0～750mV變化的DC電壓，相應(yīng)的調(diào)光器占空比是從25%到75%變化，TRIAC導(dǎo)通角范圍從45℃到135℃，

從而直接控制LED的峰值電流，獲得幾乎從0%到100%的調(diào)光范圍。

（3）無(wú)源PFC電路

電容C7和C9以及二極管VD4、VD8、VD9組成部分濾波填谷式無(wú)源（即被動(dòng)式）PFC電路。

用其替代一個(gè)傳統(tǒng)大容量濾波電容器，可以改善線路功率因數(shù)。

電容C10（10nF）在C7和C9充電時(shí)，可以衰減電壓紋波。無(wú)源PFC電路輸出電壓Ubuck，作為降壓變換器的DC總線電壓。

在沒(méi)有TRIAC調(diào)光器接入的情況下，當(dāng)AC線路電壓高于其峰值的1/2時(shí)，VD3和VD8導(dǎo)通，VD4和VD9截止，電容C7和C9以串聯(lián)方式被充電，并且電流會(huì)流入負(fù)載。

當(dāng)AC線路電壓低于其峰值的l/2時(shí)，VD3和VD8反向偏置，而VD4和VD9正向偏置，C7和C9以并聯(lián)方式放電，電流流入負(fù)載。

圖三所示為不帶TRIAC調(diào)光器時(shí)AC線路電壓UAC、整流電壓UBR1和PFC電路輸出電壓Ubuck波形。

由圖三可知，雖然Ubuck波形很不平滑，

但在AC線路半周期內(nèi)的電流導(dǎo)通角達(dá)120°（即從30°到150°），線路功率因數(shù)達(dá)0.9以上。

而只用單個(gè)大容量電容濾波雖然能獲得比較平滑的DC電壓，

但電流流動(dòng)角僅約60°（即從60°到120°），線路功率因數(shù)不超過(guò)0.6。

加入TRIAC調(diào)光器時(shí)的相關(guān)電壓波形如圖4所示，其中θ為TRIAC的導(dǎo)通角。

（4）DC—DC降壓變換器

控制器LM3445、功率MOSFET（VT2）、電感器L2、二極管VD10、電阻R3和電容C12等，組成開(kāi)關(guān)型DC—DC降壓變換器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED串。

當(dāng)LM3445引腳GATE上的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)VT2導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)L2和LED串的電流線性增加，并被R3感測(cè)。

當(dāng)R3上的電壓等于在IC引腳FLTR2上的參考電壓時(shí)，VT2則關(guān)斷，L2釋放儲(chǔ)能，VD10導(dǎo)通，電流通過(guò)LED串和L2，并從其峰值線性減小。

C12用作消除大部分電感L2的紋波電流，R4、C11和VT3為設(shè)置固定關(guān)斷時(shí)間提供一個(gè)線性電流斜坡信號(hào)。