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低成本高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器AMC7150原理及应用电路

2012-12-05 12:01:32 来源:电源工业网 点击:1886

摘要:  AMC7150是一种仅需外加5个外部元件的PWM功率LED驱动器IC,适合用作汽车和普通照明功率LED的驱动,开关频率在200KHz之内可由外部电容编程,驱动电流从几个mA到1.5A可通过外部电阻设置。

关键字:  驱动器IC,  LED驱动器,  

1、引言

随着LED的迅猛发展及其广泛应用,其驱动器IC已形成具有勃勃生机的产业。以前LED的主要应用亮点是手机、PDA和数码相机这类电池供电的便携式电子产品的背光照明,在这类应用中的LED驱动器大多为DC-DC开关型升压变换器。当单颗或两颗及两颗以上的功率LED串联在一起在汽车等供电电压较高的场合应用时,则应使用降压(Buck)型LED驱动器。AMC7150就是为单颗功率LED或功率LED串在汽车和普通照明中应用而专门设计的一种PWM降压功率LED驱动器。AMC7150的DC输入电压为4~40V,输出电流可达1.5A,开关频率高达200KHz,可用作驱动MR16功率LED灯。

2、AMC7150基本结构与工作原理

2.1 AMC7150引脚功能

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

AMC7150采用5引脚TO-252封装,引脚排列如图1所示。

AMC7150的VCC脚(①脚)为4~40V的DC电压输入端;CS脚(②脚)为峰值电流感测端,其门限为330mV;GND脚(③脚)为接地端;OUT脚(④脚)为驱动输出端;OSC脚(⑤脚)为振荡器定时电容器连接端。

2.2 AMC7150内部结构及其工作原理

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

AMC7150芯片集成了可调频率振荡器(OSC)、电流传感比较器、PWM控制电路及驱动器,其内部结构及典型应用电路如图2所示。

输入电容CIN用作保持输入电压并滤除IC产生的开关噪声。Rsense为峰值电流感测电阻,其值决定通过LED的峰值电流IPK(LED),计算公式为

IPK(LED)=330mV/Rsense

例如,如果选择Rsense=0.33Ω,IPK(LED)则为1A。为保证LED平均驱动电流不超过1.5A,Rsense值必须不低于200mΩ。LED峰值电流为平均电流与峰-峰值电感纹波电流一半之和。如果要求LED平均电流为550mA,峰-峰值电感纹波电流是100mA,

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

AMC7150引脚OSC上的接地电容CT用作设置开关频率fs。开关周期ts=1/fs=tON+tOFF(tON为导通时间,tOFF为关断时间),PWM占空比D=tON/ts,开关导通时间tON=Dts=D/fs。

降压电感器在开关导通期间存储能量,在开关关断时则通过LED和续流二极管DF放电。为使变换器工作在连续导电模式(CCM)不使电感电流降为0,电感器电感值应足够大。

电感器电压VL在一个周期中的积分应为0,即

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

式中,VCC为电源电压;VRsense=330mV;VSAT为IC的饱和压降,其值约为1V;VLED为LED或LED串的正向电压降。

若开关频率fs=50KHz,D=0.65,导通时间则为tON=D/fs=0.65/50KHz=13μs。如果VCC=12V,两个串联在一起的LED峰值电流为400mA,每个LED正向电压降为3.5A,电感器电感值则为

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

续流二极管DF在开关关断时为电感器放电提供通路,DF可选用40V、1A的ISS15C1型肖特基二极管。

3、AMC7150的评估板电路方案

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

图3所示为AMC7150的评估板电路原理图。图中,D1为反向保护二极管,当输入源反向连接时提供保护。DC-IN为电源插座,J1是LED模式选择连接器。在使用J1时,可以使用跳线在4种选择模式中选择其中的一种模式。

当用跳线将J1的2与3连接时,LED1与LED2串联连接在一起;当J1的1与2、3与4相连接时,LED1和LED2被并联连接在一起;当J1的3与4相连接时,仅LED1被接入电路中;当J1的1与2相连接时,仅LED2被接入电路中,J2为测试点。电路中Rsense的选择以LED正向电流为依据。在

CT=680~820pF条件下,电感器电感值可选择220μH,CIN可选用47μF的铝电解电容器,D1和DF选用ISS15C1型肖特基二极管。

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

印刷电路极(PCB)参考线路设计如图4所示,图5所示为PCB(上面)元件排布照片。

4、基于AMC7150的LED驱动电路举例

在下面所介绍的采用AMC7150的LED驱动电路中,输入电容CIN选择47μF的铝电解电容器,CT选用680~820pF的陶瓷电容器,DF选用ISS15C1肖特基二极管,电感器电感值选择220μH(DC电流为0.4~1.2A)。

4.1 直流(DC)电压输入LED串驱动电路

4.1.1 12VDC输入驱动3个相并联LED电路

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

12VDC输入驱动3个相并联LED的电路如图6所示。由于选择Rsense=0.92Ω,因此总LED峰值电流约为360mA(0.33V/0.92Ω),流过每个LED的电流约为120mA。并联在一起的3个LED应为同型号同一厂家生产的器件,正向电压和正向电流参数相匹配,以得到基本相同的亮度。

4.1.2 24VDC输入驱动3个串联在一起的LED电路

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

12VDC输入驱动由3个串联在一起的LED串的电路如图7所示。由于选取Rsense=0.82Ω,所以通过LED的峰值电流约为400mA。在LED串中只要有一个LED损坏,其它两个LED将会熄灭。在L=220μH条件下,LED平均电流约为360mA,即峰-峰值电感电流约为80mA。在该电路中,CIN应选用耐压为35V的47μF电容。

4.2 交流12V输入驱动单只MR16功率LED电路

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

12VAC输入驱动单只MR16功率LED电路如图8所示。交流12V电压可以来自220V/12V交流电源变压器输出。12V的交流电压经D1~D4全波桥式整流和电容CIN平滑滤波,得到约17V的DC电压加至IC的VCC脚为IC供电。当选择Rsense=0.22Ω时,LED驱动电流可达1.5A。D1~D4和DF均采用ISS15C1肖特基二极管,CIN选用47~100μF/25V铝电解电容器。

4.3 带PWM调光功能的功率LED驱动电路

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

图9所示是一种带PWM调光功能驱动功率LED电路。一个PWM使能(

)信号通过小信号高速开关二极管IN4148加至AMC7150引脚OSC。当使能信号为高电平(2~5.5V)时,IC关断;当使能信号为低电平(≤0.4V)时,IC则导通。通过调节PWM占空因数,则可以实现LED亮度调节。

当选取Rsense=0.89Ω时,若占空比D=100%,LED电流iLED=370mA。

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

当PWM占空比D=9.3%,使能信号(Ch3)频率为349Hz时,实测LED电流iLED(Ch1)为30.2mA,波形如图10(a)所示。图10(b)所示为D=91.7%、iLED=342mA的波形。

事实上,LED驱动电流与输入电压有关,如图11所示。

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

高能效PWM降压1.5A功率LED驱动器

5、结语

AMC7150是一种PWM降压功率LED驱动器IC,其输出电流可通过外部电阻以几个mA到1.5A可以调节。AMC7150输入DC电压为4~40V,开关频率可达200KHz,工作温度范围为-40℃~+85℃,适合用作驱动单个功率LED或功率LED串,其驱动电路仅需外加5个元件,效率达80%以上。

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