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LD7841 PSR CV for Lighting应用

2021-02-04 09:35:40 通嘉FAE–郭龙剑 阅读:
自LED光源进入通用照明领域,逐渐取代传统光源,日益占据照明的核心领域。其除了耗能少、无污染、不含汞、寿命长等优点外,可控性强是别于传统光源的鲜明特点。随着LED照明技术的应用成熟,可进行调光调色的特性使灯具不再只是照明的工具而已,它更能因应需求营造不同的灯光效果。此外,它与物联网、智能控制领域高度的契合性在照明技术成熟的当前得以充分表现,也让智慧照明蓝海市场变为现实。

自LED光源进入通用照明领域,逐渐取代传统光源,日益占据照明的核心领域。其除了耗能少、无污染、不含汞、寿命长等优点外,可控性强是别于传统光源的鲜明特点。随着LED照明技术的应用成熟,可进行调光调色的特性使灯具不再只是照明的工具而已,它更能因应需求营造不同的灯光效果。此外,它与物联网、智能控制领域高度的契合性在照明技术成熟的当前得以充分表现,也让智慧照明蓝海市场变为现实。mrSednc

随着LED照明应用广泛,所以为了有健康舒适的照明环境,法规对LED灯具性能要求也越来越严格;在LED灯具初级阶段,为了满足PF与THD,考虑成本,室内照明大部分架构采用单级PFC,所以工频纹波很大,采用手机拍摄有明显看到水纹波,而此频闪对人体产生的影响也逐步引起的重视。为了满足无频闪要求,最初都是输出通过加去频闪电路,但此电路弊端就是损耗效率,输出电流越大,损耗越大,导致应用上的限制;另外若采用PFC+反激两级式电路,可以满足高PF与低纹波,但成本高;相对前面两种架构,PSR CV+DC-DC这种架构应用而生,在既可以满足高PF与低纹波情况下,成本上也介于二者之间,而随着智能照明的兴起,此设计优势更加明显,主要原因是待机时调光模块供电及同时可支持多路DC-DC输出(如图一)。mrSednc

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图一 PSR CV+DC-DC(MCU Dimming Control)mrSednc

近期欧盟也因应智能调光的广泛也发布了新版谐波电流发射标准EN IEC 61000-3-2:2019,欧洲电工标准化委员会(CENCLEC)网站最新信息,該版本最快将于2022年3月1日替代目前使用的版本IEC 61000-3-2:2014。其主要是照明设备要求有较大的差异,此标准适用于连接到公用电力系统的每相额定输入电流不大于16A的设备,与旧版标准相比,标准中主要变化如下:mrSednc

  1. 更新额定功率≤25W的照明设备的谐波电流发射限值,以考虑新型照明设备
  2. 增加5W分界线,照明设备小于5W无谐波电流发射限值

近年来随着智能照明系统兴起,光源可以进行调光调色,从而新标准规定了5W≤P≤25W照明设备需要增加谐波电流测试,涵括产品类别非常广泛,包括橱柜灯,球泡灯,调光型小夜灯等小功率的LED灯具。mrSednc

通嘉PSR CV方案-LD7841mrSednc

通嘉开发了新一代高功率因数原边反馈恒压方案LD7841,它采用变化导通时间及限频操作模式,使系統輕易達到相關要求;输出电压采用原边回授并做膝点取样,让输出电压更加精准;為了全电压范围开机时间小于0.5秒要求, 内置高压启动及采用软启动逻辑,使输出电压开机期间无过冲现象;新型THD补偿机制及导通时间監控,使系统能维持高功因(PF>0.9)及低电流谐波(THD<20%)并维持待机时功耗小于0.5W等电气要求;另外, LD7841具有完善的保护功能,包括BNI/BNO, VCC OVP, FB OVP, OLP, OSCP, SDSP..等,典型应用如下:mrSednc

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图二 典型应用mrSednc

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LD7841 恒压软启动工作逻辑mrSednc

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CH1:VVCC,CH2:VCOMP,CH4:VOUTPUTmrSednc

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图三 VREF启动时序mrSednc

当VCC > UVLO_ON时,IC确定IC内部各个逻辑正常后,COMP pin电压迅速爬升至VCMP_OPEN=4.7V,Ton开最大打出能量,让输出电压迅速建立,此时内部VREF基准电压限制为3.2V,当VFB检测电压为3.2V时,COMP pin电压迅速下拉,回授开始建立,震荡时间在190mS以内,VREF基准电压从3.2V慢慢上升到3.5V,时间持续300mS,回授逐渐稳定,从而实现VREF基准软启动,让输出电压无过冲现象。mrSednc

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LD7841 QR,QR-DCM,DCM混模工作模式mrSednc

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                  (a)       mrSednc

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       (b)mrSednc

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(c)     mrSednc

 (d)mrSednc

图四 工作模式mrSednc

  1. TFL=1/FSW_LIMIT,TO1=~5uS. And TO2=~(TFL+125uS)。
  2. 通过检测FB pin不同上升VFBR电压,IC可以工作QR或者DCM;如果QRD信号触发在TO1时间后但TO2时间前,IC直接在第一个谷底导通,如图四(a)所示。
  3. 如果QRD信号触发在TFL结束前,此时QRD触发IC不会打开MOS,等到TFL结束QRD信号再次触发,MOS会在TO1时间内谐振谷底导通,如图四(b)所示。
  4. 如果QRD信号在TFL结束前都没有触发,等TO1时间结束后MOS直接导通,如图四(c)所示。
  5. LD7841在一个半波内可能会工作在QR,QR-DCM,DCM三种模式,通过混模及限频方式可以改善重轻载效率,如图四(d)所示。

LD7841功能及应用说明mrSednc

FB (Pin1)功能: 输出电压侦测、QR切换侦测、最大导通时间设定、过电压/欠电压保护,附加IC脚断路及开路保护mrSednc

  1. 输出电压侦测

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图五 FB电压侦测mrSednc

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当二次侧电流刚好泄放到零时,一次侧谐振开始,通嘉通过引入膝点侦测技术,FB取样转折点波形电压并保持到下一个开关波形,这样可以消除变压器电流对二次侧整流管VF受顺向电流大小而影响,计算公式如下:mrSednc

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  1. QR切换侦测

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图六 ZVS侦测mrSednc

VFB检测到辅助绕组电压,当电压下降低于VQRD时,变压器电流降到零,QRD信号触发,驱动会打开MOS。mrSednc

  1. 最大导通时间设定

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图七 Ton MAX设定mrSednc

当VCC ≧ UVLO_ON及BNI已经触发时,LD7841内部吐出恒流源并延时一个时间检测通过RFB_T产生的电压来设定最大導通時间,设定参考表一:mrSednc

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表一 最大Ton时间设定mrSednc

LD7841操作時會通过侦测HV Pin改变最大导通时间值进而补偿COMP pin 位准,补偿电压范围在100VDC-420VDC,计算公式:mrSednc

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  1. 过电压保护

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CH1:VVCC, CH2:VCOMP, CH3:VFB, CH4:VGATEmrSednc

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ITEMmrSednc

RCS (Ω)mrSednc

VFB_OVP(V)mrSednc

SET0mrSednc

300mrSednc

4.0mrSednc

SET1mrSednc

700mrSednc

4.2mrSednc

图八 FB OVP保护,OVP限值通过Rcs设定mrSednc

在正常工作时如果RFB_UP电阻短路或者RFB_DOWN电阻开路,一旦VFB电压高于VFB_OVP_0(典型值4.0V)或者VFB_OVP_1(典型值4.2V),并连续检测到4个周期,LD7841会触发过电压保护并立即关断驱动至IC重新启动1次后再触发保护,直到故障解除。mrSednc

  1. 欠电压保护

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结论mrSednc

本文主要讲解了通嘉新一代原边反馈恒压方案LD7841,它采用SOP-8封装,拥有快速启动、高效率、高PF、低THD等优点;采用膝点侦测技术让输出电压更加准确,而IC本身拥有很多的保护功能,能够让系统在异常发生时及时提供保护。透过以上的介绍,让电源设计者对LD7841使用时更加熟悉跟了解,如有更进一步的需求及想法,欢迎跟通嘉科技联络。mrSednc

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