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离线式PFM可调光LED恒流驱动器XL5003及其应用

信息来源 : 网络 发布时间:2014-05-04 06:30 | 2272 次浏览

摘要:XL5003是一种离线式高压高效可调光恒流LED驱动器单片IC,基于XL5003的85~265 V通用AC线路输入的LED驱动电源,可以驱动3~7颗串联的1 W LED,效率可达80%,并提供软启动、LED开路/短路保护及电流限制和热关闭等功能。
关键词:XL5003;LED驱动器;PFM;可调光;高压高效;保护

   XL5003是一种高压600 V、0.5 A开关电流降压式PFM LED恒流驱动器单片IC。基于XL5003的国际通用AC线路输入的LED恒流驱动电源,支持线性和PWM调光及无电解电容器解决方案,提供软启动、LED开路与短路保护及热关闭保护,始于用作驱动3~7颗串联在一起的1 W LED。

1 XL5003的结构和引脚功能
   
XL5003采用8引脚SOIC封装,引脚配置如图1所示。a.JPG
   XL5003芯片集成了软启动电路、0.2 V的参考电压、VDD欠压锁定(UVLO)、误差放大器(EA)、比较器(COMP)、脉冲频率调制(PFM)、过电流保护(OCP)比较器、锁存与栅极驱动器、600 V的DMOS及热关闭电路等,功能框图如2所示。b.JPG
   XL5003的各个引脚功能见表1。2 XL5003的功能特点与电气特性
2.1 功能特点
   
XL5003是一种600 V、0.5 A开关电流降压型PFM LED恒流驱动器单片IC,适合构建85~265 V交流线路输入的AC/DC开关稳压器,用来驱动由3~7个1 W的LED组成的LED串,来替代E27、GU10、GU5.3和B22灯座的白炽灯或卤素灯。
   XL5003支持线性和PWM调光,同时支持无电解电容器解决方案,具有欠压锁定、电流限制和热关闭功能,并内置软启动电路,对LED开路和短路提供保护。
2.2 主要电气特性
   
XL5003的主要电特性参数见表2。


d.JPG

3 典型应用电路
3.1 不带或带电解电容器的应用电路
   
采用XL5003不带或带电解电容器的3~7 WLED驱动器电器如图3所示。

e.JPG

   在图3中桥式整流器BD1输出端,连接小电容CinA和CinB或一个3.3μF的电解电容。DC总线电压直接加至IC的VIN引脚,同时通过2 MΩ的电阻R1加至IC的VDD引脚。超快速恢复二极管DD和电容C1组成IC的自举电源。在IC内部的MOSFET导通期间,电流从IC引脚SW流出,经感测电阻RCS、电感器L1通过LED,同时对输出电容Cout充电;在IC内MOSFET关断期间,Cout放电,放电电流通过LED。通过LED的电流ILED由电阻RCS设定,其数值为:ILED≈0.22 V/RCS。当选择RCS=0.68 Ω时,ILED≈324mA。RCS不仅为LED提供恒流、而且还提供LED短路保护。
   当不使用电解电容并且选择CinA=CinB=0.47μF时,在VAC=110 V和VAC=200 V下的输入功率Pin、功率因数PF、输出电压Vout、输出电流Iout、开关频率fsw和效率η,见表3。

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如果用3.3μF的铝电解电容器取代CinA和CinB,测试数据见表4。


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   采用3.3μF的铝电解电容器Cin后,线路功率因数PF略有降低,其他参数指标变化并不明显。由于铝电解电容器的使用寿命远低于LED的寿命,成为目前LED灯具出现早期失效的重要原因,因此建议低功率LED驱动器尽可能不选用电解电容器作为全桥整流输出的滤波元件。
3.2 带无源PFC和线性调光的应用电路
   
采用XL5003并带无源PFC和线性调光的3~7 WLED驱动器电路如图4所示。图中,电容CinA和CinB及二极管D1A、D1B、D1C组成无源填谷式(ValleyFill)功率因数校正(PFC)电路,稳压二极管DZ1和电阻R2对LED开路提供保护,可调电阻RW用于LED的线性调光。h.JPG
   在采用传统桥式整流电解电容滤波电路时,由于只有在AC输入瞬间电压幅度高于电解电容上的电压时,整流二极管才会因正向偏置而导通,整流二极管的实际导通角仅约60°,即在AC电压的正半周,二极管在60°和120°之间导通,在AC电压的负半周,二极管在240°与300°之间导通,致使AC输入电流呈高幅度的尖峰脉冲,谐振含量很高,线路功率因数仅为0.5~0.6。
   采用无源填谷式PFC电路后,在AC输入电压的正半周的30°时,IC引脚VIN上的电压VIN恰为AC峰值电压VAC(PK)的一半,即VIN=VAC(PK)·sin30°=0.5VAC(PK),此时电流通过二极管D1B对电容CinA和CinB开始充电,同时流入IC引脚VIN对负载供电。当VIN达到VAC(PK)之后,D1B截止,停止对CinA和CinB充电。在150°时,VIN=0.5VAC(PK),D1A和D1C导通,CinA和CinB放电。在此情况下,桥式整流二极管的导通角为120°(从30°到150°),比使用电解电容时增加了60°。同理,在AC线路的负半周,桥式整流二极管导通角也为120°(从210°到330°),比使用电解电容时也增加了60°,起到对AC输入电流波形的填谷作用,将线路功率因数提高到(0.85~0.90)。
   当去掉调光电阻RW不考虑调光情况时,带无源PFC的LED驱动器测试数据见表5。

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4 结束语
   
XL5003集成了为恒流驱动LED所需要的控制电路和一个600 V、0.5 A的VDMOS,仅需外加少量的元器件,即可构建85~265 V交流通用输入的AC/DC高效开关稳压器,用来驱动3~7 W的LED串,LED电流利用一个电流感测电阻设定。基于XL5003的PFM LED恒流驱动器,支持无电解电容器解决方案和线性或PWM调光,并适于采用无源PFC电路,而且还提供软启动、电流限制以及LED开路/短路保护及芯片热关闭保护。与XL5003同系列的器件还有xL5004。


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