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新一代混合信號LED驅動控制器芯片

發(fā)布時間：2022-11-28 來源：Infineon 責任編輯：wenwei

【導讀】LED照明產品標準迭代升級，以及使用者對照明光質量的追求，是制造廠商創(chuàng)新產品方案的動力。英飛凌廣泛的LED照明產品組合，一直以來是國際國內照明制造廠商青睞的選擇。

ICL88xx家族系列為新一代LED通用照明而設計研發(fā)，創(chuàng)新的混合信號控制技術，使得產品具有超高性價比。ICL88xx適用于反激AC-DC控制拓撲?；贗CL88xx設計的系統(tǒng)在提供高質量光輸出同時，具有高功率因素，低諧波失真，低EMI，高效率等性能。ICL8800具有家族系列全部基本功能，ICL8810及ICL8820在ICL8800基礎上增加額外功能，包括支持智能照明的低待機功耗，支持更好EMI性能的頻率抖動功能。

英飛凌AC-DC LED 驅動控制芯片，分為兩大類別：數(shù)字控制器XDPL系列,針對高性能需求設計；混合信號控制器ICL系列，針對更高性價比需求場合。

跟市場上其他方案相比，ICL88xx具明顯優(yōu)勢：滿足最新IEC61000-3-2諧波要求及歐盟ERP2019年后的新標準要求；動態(tài)響應快；滿足智能照明要求的低功耗；支持應急照明設計；支持小型化高功率密度設計。

ICL88xx全系列高度集成AC-DC LED驅動ICs，支持功率可達150W，非常適合中小功率LED驅動電源設計，以及其他需要高PF或低待機功耗的應用領域。

CL88xx功能描述

ICL88xx系統(tǒng)概述

ICL88xx組成的典型LED照明系統(tǒng)框圖如圖1所示，ICL88xx控制的反激輸出恒壓給后級，圖示兩級方案不但減小了輸出紋波，提高了光輸出的質量，而且降低了單級系統(tǒng)對設計余量的要求，大幅提高了整個系統(tǒng)的性能。基于這種拓撲架構可以設計從簡單入門級的LED驅動器到復雜的智能LED驅動器，靈活性和可擴展性非常高。

圖1 ICL88xx組成典型兩級LED驅動器系統(tǒng)

ICL88xx可以實現(xiàn)副邊反饋控制或者原邊反饋控制，根據(jù)項目的需求可自主選擇。原邊控制的優(yōu)點在于不需要光耦，BOM成本相對節(jié)省；副邊控制比原邊控制具有更多優(yōu)點：變壓器設計更容易更簡單，直接測量輸出電壓，不需要泄放電路，降低了過電壓的風險，同時也節(jié)省了成本；副邊控制可以和線性恒流控制器配合使用，減少DC-DC級的壓降，提升了效率；副邊控制在極輕載比如深度調光時仍能保持輸出恒定，同時保持高效率。對于深度調光的LED驅動器設計，副邊控制是最適合的。典型副邊控制ICL88xx系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 典型ICL88xx副邊恒壓系統(tǒng)

ICL88xx集成創(chuàng)新混合信號控制技術，采用DSO-8封裝。家族系列一共有三款產品，ICL8800基本款具有優(yōu)異的PFC和THD性能，完善的功能及相關保護；ICL8810在ICL8800的基礎上增加了間歇模式，以支持智能照明低功耗需求；ICL8820在ICL8810的基礎上集成了了頻率抖動功能，在直流輸入模式下有更優(yōu)異的EMI性能。全系列支持以下功能：

● 反激恒壓輸出；

● 副邊反饋控制或原邊控制；

● 全電壓輸入（90Vac to 300Vac,45Hz to 66Hz）和直流輸入；

● 可調節(jié)最大導通時間，低壓輸入限功率以保證安全；

● 開機軟起動；

● 間歇工作模式；

● 頻率抖動功能

此外，全系列集成過電壓，過電流，過溫度保護，及輸入過壓欠壓檢測保護，開環(huán)保護。

工作模式

ICL88xx電壓模式工作有利于功率因數(shù)校正，基于工作條件比如輸入電壓輸入頻率負載狀況等自動選擇最優(yōu)的工作模式。支持的工作模式有：

● 準諧振模式

這種模式通過控制導通時間讓開關在谷底開通，最小化開關損耗，以最大化系統(tǒng)效率。

圖3 第一個谷底開關波形

● 間歇模式

這種模式提高了系統(tǒng)在輕載時的效率，擴展了寬電壓輸入的功率范圍，滿足低待機功耗要求。

在高功率時，控制器工作在準諧振模式，功率降低時導通時間減少；功率降到一定程度時，控制器增加谷底數(shù)，避免頻率過高；谷底數(shù)改變時，導通時間會同步優(yōu)化使得功率相對恒定。

為了輸出最小的功率，ICL8810和ICL8820會進入間歇模式，間歇頻率是交流輸入頻率的四倍。

圖4 開關特性VS相對功率（ICL8810/ICL8820）

反饋環(huán)

脈沖的產生基于從VS引腳引出的電流。這種方法具有更好的抗噪性。在包括突發(fā)模式在內的整個脈沖寬度范圍內，VS電流從200μA指數(shù)映射到600μA。在20μs到1μs的范圍內，映射相對良好，每50μA光電流的脈沖持續(xù)時間減少一半。

圖5 導通時間與vs引腳電流的映射

為確保反饋回路正常運行，需要從VS引腳接一個12 k?接地。該引腳的最小電流（通過光耦的電流加上12 k ? 電阻的電流）導致最大功率傳輸，VS引腳輸出的最大電流導致最小功率工作點。為了獲得最佳的THD和PF結果，建議使用幾Hz的交叉頻率。

圖6 VS引腳電路

功率因數(shù)校正和THD校正

柵極驅動GD通過導通時間控制在電壓模式下驅動功率MOSFET。通過外部反饋回路抑制輸出紋波，可在交流半正弦波期間獲得準恒定的導通時間。這已經(jīng)確保了基本的高功率因數(shù)和低THD性能。

此外，ZCD引腳用于THD校正功能，根據(jù)檢測到的IZCD電流擴展驅動信號的脈沖寬度。這優(yōu)化了輸入電流波形，尤其是在接近交流電壓過零的區(qū)域。原理如圖7所示。

圖7 THD校正原理

設計案例

以下為設計案例的部分信息結果（基于運放反饋）。

副邊控制案例

由于一次側功率擴展以及二次側功能擴展更加方便，兩級拓撲越來越流行。高光質、深度調光，以及帶有傳感器和MCU的更復雜系統(tǒng)，需要通過二次側調節(jié)（SSR）拓撲實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓（CV）。閃爍和總諧波失真（THD）以及諧波的更嚴格標準也更有利于SSR拓撲。SSR配置中使用的控制器適用于開/關LED驅動器，是深度調光至0.1%和調滅的最佳解決方案。

本案例是基于SSR控制的43W設計。主要設計規(guī)格如下：

● 輸入電壓：90 to 305Vac;

● 輸出電壓: 54Vdc

● 輸出電流： 0-800mA

● 最低效率 (滿載)： 91%

● 最小工作頻率（滿載）：52kHz

● 諧波：EN61000-3-2

● EMI：EN55015

電路板實物及PCB布局如下圖8所示。