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ZD832仅需几个元件的世界通用AC-DC恒流LED驱动器IC电路特点及应用原理图介绍
ZD832

时间:2013-06-03 来源:互联网 作者:不详 编辑: 【关闭


ZD832仅需几个元件的世界通用AC-DC恒流LED驱动器IC电路特点及应用原理图介绍,ZD832

关键字:ZD832

1、引言

LED在景观照明、建筑装饰照明和普通照明应用中,工频市电(110V/60Hz、220V/50Hz)和太阳能将是主流原始能源。就由交流市电电源供电的LED驱动电路来说,目前主要有两种设计方案。一种方案是先利用工频变压器将AC电源降压,再利用桥式整流和滤波电路实现AC-DC转换,最后通过一个DC-DC恒流驱动器为LED或LED阵列供电;另一种方案是采用开关电源拓扑结构。这种方案是先利用桥式整流和滤波电路完成AC-DC转换,再利用一个DC-DC开关变换器输出恒流来驱动LED或LED阵列。传统开关电源的DC-DC开关转换器需使用一个高频变压器,目前一些LED驱动器IC组成的DC-DC降压式(buck)开关变换器一般不使用高频变压器,而是使用一个电感器。由此可见,无论是采用哪一种方案,都需要使用桥式整流器、工频或高频变压器或电感器。变压器和电感器大而笨重,这对于LED照明电源的小型化和轻量化要求来说是极为不利的。

Zywyn公司推出的世界首款全球通用AC-DC恒流LED驱动器ZD832,采用高度集成的线性结构体系,无需外加变压器或电感器,也不需要外加桥式整流器,仅需用几个元器,就可以在85~125VAC或180~240VAC的交流电源上操作,驱动近百颗串联在一起的低功率白光或RGB LED。ZD832的输出电流达30mA,可由单个电阻来编程。其调光控制可以通过在引脚PWM上施加一个带变化占空比的PWM信号或在引脚ISET上施加一个模拟DC电压来实现。ZD832含有过温度和过电压保护电路,十分坚固耐用,而且在应用中不存在EMI问题。

2、ZD832引脚功能及其操作

2.1 ZD832引脚功能

为了正确使用ZD832,首先要了解其引脚功能。ZD832采用20引脚TSSPO无铅绿色封装,引脚排列如图1所示。



ZD832各个引脚功能见表1。

表1  ZD832引脚功能



2.2  ZD832操作描述

2.2.1  输入操作

(1)AC输入电压及其选择

在ZD832引脚VAC+和VAC-上的AC输入电压范围为85~240VAC。当IC引脚VSEL连接到HVCC(16引脚)时,输入电压为85~125VAC;当IC引脚VSEL悬空时,IC可以在180~240VAC的电压上操作。

(2)高压DC输入

当在IC的引脚VAC+和VAC-上没有AC电压施加时,在IC引脚HVCC上可以施加一个范围为85~340VDC的直流高压来直接驱动LED串。为减小可能出现的电压纹波,在引脚HVCC上应连接一个1μF//400VDC的电容到PGND端。

(3)调光信号输入

1)LED PWM调光

在IC引脚PWM上施加一个50Hz~5KHz的输入PWM信号,可以对输出上的LED串进行调光,并且调光与PWM占空因数成正比,调光范围从10%到90%。

当PWM信号在引脚PWM上为逻辑“0”时,IC则进入关闭模式;当PWM信号为逻辑“1”(≥2V)时,IC则完全开通。逻辑低电平电压典型值是0.2V。

2)模拟电压调光

用一个0~1.25的DC电压通过一个电阻RSET加至IC的引脚ISET,可以调节LED的电流,实现线性模拟调光。如图2所示。当DC电压为0V时,相当于RSET接地,LED电流在RSET的设置值上,亮度最大(100%)。随DC电压从0V逐渐增加到1.25V,LED电流则相应减小,亮度从强到弱变化。



2.2.2  输出操作

(1)整流DC高压输出

在ZD832引脚HVCC上的DC输出电压范围为85~340VDC,可以驱动几十个乃至百多个串联在一起的LED。为减小IC引脚HVCC上整流输出电压纹波,在引脚HVCC上应连接一个至少是10μF的退耦电容到PGND端。IC输出平均DC电压VHVCC值与AC输入电压、输出电容COUT和LED电流ILED值有关,图3所示为在220VAC输入和不同输入电容COUT及ILED时的VHVCC值。 



(2)LED电流设置

LED电流ILED由IC引脚ISET上与PGND之间连接的单个电阻RSET来设置,计算公式为:

ILEG=2200V/RSET

RSET的取值范围为73kΩ,故ILED值范围为3~30mA。LED电流ILED与设置电阻RSET之间的关系如图4所示。



(3)IC引脚VOUT上的限制电阻REXT

IC引脚VOUT上的电压范围一般为3~30V,LED串通常连接在IC引脚HVCC与VOUT之间,LED电流从引脚VOUT灌入。为防止IC内部功率晶体管功率耗散过大,并保持VOUT<30V,在很多情况下需要在IC引脚VOUT外部连接一个限制电阻REXT(见图5和图6等)。




若串联LED数量为n,每个LED的正向电压降是VF,IC引脚HVCC上的DC输出电压为VHVCC,引脚VOUT上的电压为VOUT(设置其≥7V),REXT值则为:

REXT=(VHVCC-n?VF-VOUT)/ILED

REXT的额定功率为:PREXT=(ILED)2?REXT

设VF=3.3V(@ILED=30mA),COUT=10μF,在不同AC输入电压时的设计数据如表2所示。

表2   不同AC输入电压时的相关设计数据



3、ZD832驱动LED串的电路实例

3.1  输出30mA的电流驱动VF为3.3V的LED组成的LED串电路

3.3.1  输入110VAC±3%驱动35个LED串联在一起的电路。

图5所示为ZD832输入110±3%驱动35个LED串联在一起的电路。在输入端(引脚VAC+)上串联的1kΩ/0.5W的NTC热敏电阻,用作限制驱动器在启动时的浪涌电流。当浪涌电流通过后进入稳态操作时,热敏电阻的电阻值因温度升高降至约100Ω。根据热敏电阻的热敏特性,AC电源接通与关断之间的持续时间应大于2~3S。由于AC输入电压是110VAC,IC引脚VSEL必须连接到HVCC。在IC引脚HVCC上的输出DC电压为133VDC,引脚VOUT上的限制电阻REXT被设置在270Ω。IC引脚VOUT上的电压为:

VOUT=VHVCC-35VF-VREXT=133V-35×3.3V-30mA×270Ω=9.4V


由于ILED=30mA,RSET值则为:

RSET=2200V/30mA≈73kΩ 

3.3.2  输入220VAC±2%驱动78个LED串联在一起的电路

一个220VAC±3%的AC输入电压加在ZD832的VAC+和VAC-引脚,在引脚HVCC上将产生一个286VDC的DC平均输出,驱动78个VF=3.3V(@IF=30mA)串联在一起的LED。IC引脚VSEL悬空,将REXT设置在270Ω,RSET=73kΩ。

3.3.3  220VAC±2%输入带电容降压驱动40个LED电路

图7为220VAC±2%的AC输入经RC电路降压驱动40个串联在一起的LED电路。连接在ZD832输入引脚VAC-上的CAC为降压电容,RAC为泄放电阻。在AC电源关断后,RAC为CAC放电提供通路。220VAC±2%的AC电压约110VAC,因此IC引脚VSEL必须连接到HVCC。在IC引脚HVCC上的平均输出DC电压约150VDC,驱动40个VF=3.3V的LED,不必附加限制电阻。



3.3.4  180~240VAC输入驱动65个LED电路

ZD832输入180~240VAC驱动由VF=3.3V(@30mA)的65个LED组成的LED串的电路如图8所示。IC引脚HVCC上的平均输出电压VHVCC=227~310VDC,经齐纳(稳压)二极管DZ、电阻R1和晶体管Q组成的线性稳压器调节后,输出电压为VO。当VHVCC=220VDC时,VO=219~230VDC。由于VOUT≤18V,故不必附加限制电阻。220V的齐纳二极管可选用3W的BZG03-C220-TR,NPN晶体管Q的BVCEO≥300V,ICM=1A,如2N3439、NTE157/NTE396等。



3.2  输出30mA驱动两串90个VF=3.15V(@15mA)LED电路

图9所示电路的AC输入电压范围为180~240VAC,经RAC与CAC降压网络后施加到ZD832的VAC+和VAC-端,在IC引脚HVCC上的平均输出电压VHVCC=160~220VDC,输出电流由73kΩ的RSET设置在30mA(±6%)。当VHVCC为150VDC时,通过150V的齐纳二极管和双极晶体管Q,开始将VO调节到150~160VDC。90个3.15V的LED分成两串,每串含有45个LED,通过LED的电流为15mA。齐纳二极管选用150V/3W的BZG03-C150-TR,Q可选用300V、1A的NTE157。



3.3  两个ZD832并联输出8W驱动66个3.16V(@40mA)LED电路

两个ZD832可以并联应用,如图2所示。每个ZD832的RSET=110kΩ,输出电流为2200V/110Kω=20mA,两个ZD832并联后输出总电流为40mA。AC输入电压范围为200~240VAC,所驱动的LED串含有Custom公司生产的66个VF=3.16V(@40mA)的LED。

在图10中,若在两个ZD832的引脚VAC-上加一个RC网络(见图7和图9,RAC=470KΩ,CAC=1.5μF),选择RSET=73kΩ,IC引脚VSEL连接HVCC,并选用150V的齐纳二极管,在输入200~240VAC时,则可以驱动42个VF=3.16V(@60mA)串联在一起的LED。


由于ZD832在85~125VAC或180~240VAC的供电线路上操作,可以驱动3~30mA(并联输出达60mA)的几十个乃至百余个串联在一起的LED,故在普通照明、景观照明、建筑装饰照明、大屏幕显示背光照明等方面有着广泛的应用。ZD832可以驱动各种形状因数(form-factor)的LED灯泡,如图11所示。


4、结束语

ZD832高压AC-DC恒流驱动器能够在85~240VAC国际通用AC线路上操作,仅利用其引脚VSEL来选择85~125VAC或180~240VAC输入电压。ZD832在非并联应用时最大可编程输出恒流为30mA,可以驱动几十颗乃至超过100颗相串联的白光LED或RGB LED。利用带变化占空比的PWM信号或模拟DC电压可以获得调光控制,改变LED阵列亮度。ZD832还含有过热和过电压保护电路,保护内部功率晶体管免遭损坏。ZD832的一个重要特点是仅需用几个元件,而且不需用变压器和电感器,也不必外加整流器,就这方面来说在目前是举世无双的。


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