大功率LED驱动芯片XLT604及其电路应用

大功率LED驱动芯片XLT604及其电路应用

LED以其寿命长且耗电小等特点而广泛应用于指示灯、大型看板、扫描仪、传真机，手机、汽车用灯、交通信号灯等方面。但在照明光源方面，目前的LED因亮度及价格尚未具备取代其它光源的条件。然而，随着亮度持续提升，LED将在不久的将来取代白热灯与日光灯，且价格也会因量产技术进步而下降，应用需求将大幅增加。

        1 XLT604芯片的结构功能

　　XLT604是采用BICMOS工艺设计的PWM高效LED驱动控制芯片。它在输入电压从8V(DC)到450V (DC)范围内均能有效驱动高亮度LED。该芯片能以高达300 kHz的固定频率驱动外部MOS-FET。且其频率可由外部电阻编程决定。外部高亮LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增强LED的可靠性，其恒流值可由外部取样电阻值决定，其变化范围从几毫安到1安培。

　　XLT604驱动的LED可以通过外部控制电压来线性调节其亮度，亦可通过外部低频PWM方式调节LED串的亮度。

        XLT604的功能框图如图1所示。

　

图1：XLT604的功能框图

        各引脚的主要功能如表1所示。

表1：各引脚的主要功能

        2 XLT604的应用电路

　　XLT604是可降压、升压、升降压驱动大功率LED串的控制芯片。该芯片既适用于AC输入，也适用于8～450 V的直流输入。交流输入时，为提高功率因素，可在线路中加入无源功率因素校正电路。XLT604可驱动上百个LED的串联或数串并联，并可通过调节恒流值来确保LED的亮度并延长寿命。PWM_D端可采用低频脉宽调制的方法调节LED亮度，同时兼作使能端，该端悬空时，芯片无输出控制。实际上，该芯片也可以通过LD端的线性调压方式调节LED的亮度。图2所示是XLT604在交直流输入中的典型应用电路。

图2：XLT604在交直流输入中的降压驱动电路

3 电路元器件的参数设计

        3.1 电路开关频率的计算

　　开关频率决定了电路中电感的大小，大的频率可以使用较小的电感，但这会增加电路的损耗。典型的频率应在20～150 kHz左右，欧洲的电压是230 V，可以用较小的频率；北美的电压是120 V，因此选择100 kHz是一种好的折中方案。电路中的振荡电阻可以通过下式计算：

　　fosc=22000／(Rosc+22)

　　式中，Rosc的单位为kΩ

        3.2 交流输入电感的设计

　　设输入有效值为120 V，Iled为350 mA，fosc为50 kHz，10个LED的正向压降Vleds为30V；则：

　　Vin=120×1.41=169 V

　　那么，开关占空比：

　　D=Vleds／Vin=30／169=0.177

　　Ton=D／fosc=3.5 ms

　　L=(Vin-Vleds)Ton／(0.3Iled)=4.6 mH

       3.3 输入滤波大电容的设计

　　输入滤波电容应确保整流电压值始终大于两倍的LED串电压，假设电容两端有15％的纹波电压，那么，其电容的简单计算方法如下：

　　Cmin=0.06IledVleds／Vin2=22μF

　　因此，选择值为22μF／250 V的电容作为输入滤波电容。

        4 应用控制

        4.1 LED驱动控制

　　XLT604可用来控制包括隔离／非隔离、连续／非连续等多种类型的转换器。当GATE端输出高电平时，电感或变压器原边电感的储能将直接传给LED串，而当功率MOSFET关断时，储存在电感上的能量将会转换为LED的驱动电流。

　　当VDD电压大于UVLO时，GATE端可以输出高电平，此时电路将通过限制功率管电流峰值的方式工作。将外部电流采样电阻与功率管的源极串联，可在外部采样电阻的电压值超过设定值(内部设定值250 mV，亦可通过LD外部设定)时，功率管关断。如果希望系统软启动，则可在LD端对地并接一个电容，以使LD端电压按期望的速率上升，进而控制LED的电流缓慢上升。

        4.2 调光

　　本电路的调光有线性调节租PWM调节两种方式，两种方式可单独调节，也可组合调节。

　　线性调光可通过调节LD端口的电压(从0～250 mV)来实现，该电压优先于内部设定值250mV。通过调节连接在电源地上的变阻器可改变CS端的电压，当LD端的电压高于250 mV时其电压变化将不影响输出电流。而如果希望更大的输出电流，可以选择一个更小的采样电阻。

　　PWM调光则通过一个几百赫芝的PWM信号加在PWM_D端来实现。PWM信号的高电平时间长度正比于LED灯亮度，在该模式下，LED电流可以为0或设定值之一。通过PWM调节方式可以在0～100％范围内进行调光。但不能调出高于设定值的电流。PWM调光的精度仅受限于GATE端输出的最窄脉宽。

        4.3 功率因素校正

　　当电源输入功率不超过25 W时，可采用一个简单的无源功率因素校正电路来进行功率校正，该电路含有三个二极管和两个电容，可将电路功率因素提高至0.85。该PFC电路如图3中的虚线框所示。

图3：调光电路中的PFC电路

        5 结束语

　　新一代1 W、3 W和5 W的LED的输出功率是标准LED输出的10～50倍，选择哪种芯片来驱动新型大功率LED不再是一个简单的任务，这使得利用这些新型LED进行设计时要面临很多设计挑战。事实上，驱动器、肖特基二极管和电感也都有多种选择，而适当的组合又取决于多种因素(诸如成本、尺寸、驱动器发热以及所有其他所需的输入／输出等)。此外，PCB板的不合理布线也可能会导致设计的失败。