第3章 电感式开关电源驱动LED电路设计实例

【实例1】基于XLT604的LED驱动电路

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）～450V（DC）范围内均能有效驱动HB-LED（High Brightness Light Emitting Diode，高亮度发光二极管）。该芯片能以高达300kHz的固定频率驱动外部MOSFET，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1A。XLT604驱动的LED可以通过外部控制电压来线性调节其亮度，也可通过外部低频PWM方式调节LED串的亮度。XLT604的各引脚的主要功能如表3-1所示。

表3-1 XLT604的各引脚的主要功能

2.XLT604的应用电路

XLT604是可降压、升压、升降压驱动大功率LED的控制芯片，该芯片既适用于AC输入，也适用于8～450V的直流输入。交流输入时，为提高功率因数，可在线路中加入无源功率因数校正电路。XLT604可驱动由大功率LED构成的串联或数串并联电路，并可通过调节恒流值来确保LED的亮度并延长其寿命。PWM-D端可采用低频脉宽调制的方法调节LED的亮度，同时兼做使能端，该端悬空时，芯片无输出控制。该芯片也可以通过LD端的线性调压方式调节LED的亮度。如图3-1所示为XLT604在交直流输入中的典型应用电路。

开关频率决定了电路中电感的大小，高的频率可以使用较小的电感，但这会增加电路的损耗。典型的开关频率应在20～150kHz，欧洲的电压是230V，可以用较小的开关频率；北美的电压是120V，因此选择100kHz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） （3-1）

式中ROSC——振荡电阻，单位为kΩ；

fOSC——振荡频率，单位为kHz。

设AC输入有效值为120V，ILED为350mA，fOSC为50kHz，10只LED的正向压降VLED为30V；则：

开关占空比为

D=VLED/VIN=30/169=0.177

导通时间tON=D/fOSC=3.5ms

L=（VIN-VLED）tON/（0.3ILED）=（169-30）×3.5/（0.3×350）=4.6mH

输入滤波电容应确保整流电压值始终大于2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=0.06ILED×VLED/V2IN=22μF

因此，选择22μF/250V的电容作为输入滤波电容。

XLT604可用来控制包括隔离、非隔离、连续、非连续等多种类型的变换器，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，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（Under Voltage LockOut，欠压锁定）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250mV，也可通过LD端外部设定）时，关断功率管。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。

本电路的调光有线性调节和PWM调节两种方式，两种方式既可单独调节，也可组合调节。线性调光可通过调节LD端口的电压（0～250mV）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250mV时，其电压变化将不影响输出电流。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兹的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亮度，在该模式下，LED电流可以在0～额定值之间设定。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。

当电源输入功率不超过25W时，可采用一个简单的无源功率因数校正电路来进行功率因数校正，该电路含有3个二极管和2个电容，可将电路功率因数提高至0.85，该PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）电路如图3-2中的虚线框所示。