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非隔离LED驱动电源的12个调试对策

发布者:bosheng  日期:2016-01-15  

PN831X系列LED驱动电源采用BUCK电路架构,工作在临界导通模式;采用了快速DMOS自供电的专利技术可节省高压启动电阻,提供3-50W LED驱动电源解决方案。

我们精心总结了工程师们在非隔离LED驱动电源调试中遇到的12个典型问题,给出解决方法!

一、原理图及芯片特点

LED驱动电源原理

  • 集成专利高压启动模块,无需启动电阻,实现超低待机功耗

  • 集成高雪崩功率MOSFET,CS电阻短路不会炸机,保护功能更全面

  • 采用临界导通模式,实现±3% LED恒流精度,0.5%的线电压补偿精度

  • 高低压脚分开两边,有效规避因生产工艺导致的打火炸机

  • 支持全电压输入系统设计,可通用全球范围

  • 产品系列化,脚位兼容,支持共板设计,通用性强降低系统开发成本


二、12个精选问题及解决对策

LED驱动电源问题

LED驱动电源解决方案

精灵注:常规的非隔离LED驱动电源,回闪现象,更大的可能是OVP设定值太低,或者OVP受干扰,只需要增加OVP值或者OVP下电阻并联电容即可。


LED驱动电源问题
LED驱动电源故障方案
LED驱动电源问题
LED驱动电源故障方案
LED驱动电源问题
LED驱动电源故障方案

精灵注:一般FB的下电阻也不宜过大,过大后容易引入干扰。

LED驱动电源问题
LED驱动电源故障方案
LED驱动电源问题

LED驱动电源故障方案


电路设计要点


芯片逐周期检测电感的峰值电流,CS 端连接到内部的峰值电流比较器的输入端,与内部过流检查阀值电压550mV 阈值电压进行比较,CS 电压达到内部检测阈值时,功率管关断。


FB的电阻(R2)

非隔离LED驱动电源R2的电阻值数必须≤1.2M,建议应用设计主要标配参数如下:

LED驱动电源电阻参数表

如果R2电阻用插件,选用1/4W;用贴片,建议用两颗0805串联,R3用一颗0805即可;

芯片是自供电拓扑,内部自供电电路会有一定发热,导致IC的温度会偏高,解决办法是用输出电压给芯片供电,从而切断,减少损耗;加上D6,R6,会切断自供电电路,减少芯片发热,温度降低7-10度左右,不加也可正常工作;

24串(80V)的系统一般取值20K-50K 1/4W,设定VCC电压在15V左右,VDD电压在输入最低电压,输出最大负载时用万用表测量;R6电阻的功率计算公式。


Rcs的检测电阻(R4-R5)

LED驱动电源最大峰值电流为:

LED驱动电源最大峰值电流公式

输出的最大电流Io,由以下公式:

LED驱动电源输出电流公式

其中Vref为CS电流检测比较器的基准,Rcs为电流采样电阻。


确定变压器的电感量

PN831X芯片工作在电感电流临界模式,当功率管导通时,流过储能电感的电流从零开始上升,导通时间为:

LED驱动电源导通时间公式

其中,Lm是电感量;Ipk是电感电流的峰值;Vin是经整流后的母线电压;Vo是输出 LED上的电压。

当功率管关断时,流过储能电感的电流从峰值开始往下降,当电感电流下降到零时,芯片内部逻辑再次将功率管开通。功率管的关断时间为:

LED驱动电源关断时间公式

电感量由以下公式:

LED驱动电源电感量公式

其中Vin是低输入电压;Fsw是工作频率;Ipk是峰值电流;Vo是输出电压。

Fsw为系统工作频率。PN831X的系统工作频率和输入电压成正比关系,设置系统工作频率时,选择在LED驱动电源输入电压最低时设置系统的最低工作频率,而当输入电压最高时,系统的工作频率也最高。

PN831X系列设置了系统的最小关断时间和最大关断时间,分别为3.8us 和 150us。由Toff的计算公式可知,如果电感量很小时,Toff很可能会小于芯片的最小关断时间,系统就会进入电感电流断续模式,LED 输出电流会背离设计值;而当电感量很大时,Toff又可能会超出芯片的最大关断时间,这时系统就会进入电感电流连续模式,输出LED 电流同样也会背离设计值。所以选择合适的电感值很重要。

LED驱动电源频率越高,芯片温度越高,最大功率条件下,芯片频率建议小于80KHz。


输出开路过压保护点

FB端的电压决定了系统的工作状态,当FB端电压大于3.3V(典型值) ,PN831X会自动判断为输出过压保护,系统会进入极为省电的打嗝模式,输出过压保护电压如下:


VDD供电

PN831X启动后,需要输出电压给芯片供电,整流二极管D6需选用快恢复二极管。

限流电阻R6计算公式:



其中,D为占空比,I为芯片工作电流,PN8315/6取值1.2mA,PN8317取值1.8mA,15V为VDD供电电压。


限流电阻R6功率计算公式:

其中Vo是输出电压, Vin是输入最大直流电压(264V输入时电阻功耗最大),R是供电电阻阻值。


线性补偿

FB上拉电阻的阻值会影响线补偿的效果. FB上拉电阻R4的计算公式为:

其中1.2为IC内部补偿系数,L为电感感量;

LED驱动电源低压AC输入时输出电流小于高压AC输入时的输出电流,电阻阻值减小,增大补偿电流; 反之亦然;一般电阻阻值范围在600K-1.2M之间。


过温调节功能

芯片具有过温调节功能,在驱动电源过热时逐渐减小输出电流,从而控制输出功率和温升,使电源温度保持在设定值,以提高系统的可靠性。芯片内部设定过热调节温度点为150℃。


LED驱动电源PCB设计要点


  • 功率回路尽量短,且与其它回路分开,改善系统EMC;

  • 芯片NC引脚(空脚)必须悬空不能接触SW脚及任何电路铜箔;

  • 采样回路尽量短,以防止采样受干扰,提高系统EFT能力;

  • VDD电容尽量紧贴芯片供电脚与GND脚,提高系统ESD能力;

  • 芯片小信号回路应远离EMI滤波器的磁性元器件,改善电磁兼容性;

  • FB回路的走线应尽量短,以避免Trace阻抗引起的调整率一致性,分压电阻(R2,R3)必须离IC FB PIN脚近,并且远离高压信号,避免干扰引起输出不稳定;

  • 如果FBR2电阻用贴片,建议用两颗0805串联,R3用一颗0805即可;

  • 生产工艺上注意防潮处理,如果PCB板上有较多助焊剂残留物吸水很潮湿,回南天易引起输出不稳定闪灯现象,如需避免生产时浸防潮油处理。


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