LED實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)--HV9910應(yīng)用

在設(shè)計(jì)高壓直驅(qū)線路時(shí)，有多種IC可以選用。
今天先從HV9910說(shuō)起，這款I(lǐng)C有人說(shuō)好，也有人說(shuō)不好用。目前市場(chǎng)占有量較大，有著很好的使用范圍，但有些朋友將它說(shuō)成垃圾！那么問(wèn)題到底出在哪里，從我司銷售的客戶反應(yīng)總結(jié)出下面的觀點(diǎn)：
HV9910 是一款很據(jù)代表性的IC，每款I(lǐng)C都會(huì)有它的不足之處，當(dāng)然這顆也不例外，作為設(shè)計(jì)人員就是要利用它好的一面，解決我們實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題
線路簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔是這顆IC最大的優(yōu)點(diǎn)，市電直接驅(qū)動(dòng)效率高，

上電：紅色箭頭所示，高壓直流→LED→L1→Q1→RCS 在這個(gè)過(guò)程中損耗會(huì)有L1的等效電阻+MOS管的結(jié)電阻+R電流檢測(cè)電阻損耗。L1上電電流不能發(fā)生突變，會(huì)給CS檢測(cè)電流時(shí)間，也為下一過(guò)程續(xù)流提供條件。上電過(guò)程當(dāng)中MOS管選擇最為關(guān)鍵，建議選用美國(guó)國(guó)際整流器公司IRF840，不良的MOS管將會(huì)造成LED瞬間全部損壞。L1電流量與感值一定要符合線路基本需要，小電流可以參考規(guī)格書(shū)選用，大電流適當(dāng)增加感值，電流量選取實(shí)際LED電流3倍以上。RCS 值反饋電壓決定負(fù)載實(shí)際電流大小，阻值按供電電壓結(jié)合LED電流需要適當(dāng)調(diào)整選取，也是負(fù)載LED電流調(diào)節(jié)電阻。
順便提一句，IRF840 各大公司都有生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)企業(yè)也有裸片封裝，型號(hào)標(biāo)注、封裝及后綴完全相同，建議使用IR公司產(chǎn)品。
當(dāng)CS反饋電壓達(dá)到合適的值時(shí)，IC會(huì)關(guān)閉MOS管，這時(shí)放電工程開(kāi)始：藍(lán)色線段是LED放電電流方向L1、Co的等效電阻和D1的正向壓降是影響效率的關(guān)鍵。D1肖特基二極管選取正向電壓小，頻率要選擇實(shí)際工作頻率3倍以上，最大電流要大于LED實(shí)際電流的2倍以上，耐壓要大于供電電壓峰值的1.5倍以上，推薦選用MUR160。Co電容可以改善負(fù)載電流穩(wěn)定度，容量在4.7-33uF中間選擇。
不足的地方就是這顆IC沒(méi)有相應(yīng)的保護(hù)線路，過(guò)壓、過(guò)流不能及時(shí)的得到有效的保護(hù)，放電過(guò)程不在IC

監(jiān)控下工作，容易造成誤動(dòng)作。
下面是分析結(jié)果：
1． 過(guò)壓或MOS管選取不當(dāng)會(huì)容易造成LED永久損壞：電流控制是靠CS反饋是唯一的條件，過(guò)高的電壓在沒(méi)有及時(shí)反饋的情況下，MOS管會(huì)被擊穿，LED過(guò)流而損壞。那需要解決的辦法是，在設(shè)計(jì)這顆IC時(shí)需要前端設(shè)計(jì)限壓線路，或使用在不可能有超線路極限高壓的情況下是安全的。
2． 不適合應(yīng)用于供電電壓波動(dòng)太大的場(chǎng)合：這個(gè)IC和這些類型的IC，在MOS管關(guān)閉時(shí)，放電電流不在IC監(jiān)控下，什么時(shí)候電流減低到什么情況，MOS管開(kāi)啟時(shí)間是IC內(nèi)部定時(shí)器固定開(kāi)啟的。器件都是按負(fù)載選取的，變動(dòng)的供電電壓會(huì)影響驅(qū)動(dòng)電流，但是不會(huì)影響MOS管開(kāi)關(guān)時(shí)間，假設(shè)正當(dāng)CS接到需要關(guān)閉參考值，正好去關(guān)閉MOS時(shí)，供電電壓突然從100V升高到300V，會(huì)大電流瞬間損壞LED。這個(gè)情況是有的，在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免使用在供電電壓波動(dòng)太大的場(chǎng)合。
3． PWM適合應(yīng)用到開(kāi)關(guān)控制場(chǎng)合，因其高速灰度控制，關(guān)斷MOS過(guò)后還會(huì)有電感和電容續(xù)流過(guò)程，不能真實(shí)再現(xiàn)灰度等級(jí)。應(yīng)用到需要開(kāi)關(guān)控制和色溫混合線路設(shè)計(jì)會(huì)比較體現(xiàn)這款I(lǐng)C的優(yōu)點(diǎn)。
4． 器件選擇靈活性不高，無(wú)論哪家公司這類IC都不可以做到太大功率驅(qū)動(dòng)。

綜合上述原因，HV9910設(shè)計(jì)在供電電壓相對(duì)穩(wěn)定，有限壓保障，負(fù)載不大于8W LED條件下是比較合理的。小功率LED與太陽(yáng)能光電池結(jié)合的路燈產(chǎn)品；3W以下的LED射燈，多顆白光LED色溫矯正的洗墻燈，要求灰度不高的全彩射燈等等。 

評(píng)語(yǔ)：
優(yōu)缺點(diǎn)和其它芯片一樣都有，重量級(jí)的市場(chǎng)份額，里程碑的設(shè)計(jì)，再加上你的設(shè)計(jì)智慧，在此款IC基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的IC和產(chǎn)品會(huì)越來(lái)越多。

HV9910B是HV9910升級(jí)改進(jìn)版本,工藝性能上有所改進(jìn),可以直接替換使用,以后將HV9910B供貨為主.

驅(qū)動(dòng)條件
HV9910 需要1mA 的啟動(dòng)電流.此電流由HV9910 的內(nèi)部產(chǎn)生,無(wú)需象其它的電路中需加一個(gè)大的啟動(dòng)電阻. 此外, 在HV9910的應(yīng)用中,它能用內(nèi)部的線性電源連續(xù)的向內(nèi)部的所有線路提供7.5V的電壓.IC是外置MOS本身功耗并不高.

設(shè)定輸出電流
選擇降壓型設(shè)計(jì)方法時(shí), LED中的平均電流作為 CS腳檢測(cè)峰值電壓會(huì)有一個(gè)好的表現(xiàn).然而,運(yùn)用這種電流采樣方法,有一個(gè)相關(guān)連的誤差需要被計(jì)算進(jìn)去 .此誤差的提出是因?yàn)殡姼兄械钠骄娏骱头逯惦娏魇遣煌? 例如電感紋波電流的峰峰值是150mA, 要得到500mA的LED電流, 該采樣電阻應(yīng)為:
250mV/(500mA+ 0.5*150mA) = 0.43Ω.

調(diào)光
有兩種方式可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光 , 取決不同的應(yīng)用, 可以單獨(dú)調(diào)節(jié)也可組合調(diào)節(jié). LED 的輸出電流能被控制, 

也能被線性調(diào)節(jié)改變, 或通過(guò)控制電流的開(kāi)關(guān)來(lái)維持電流的不變. 第二種調(diào)光方式(叫PWM 調(diào)光)通過(guò)改變輸出電流的占空比來(lái)控制LED的亮度.
線性調(diào)光通過(guò)調(diào)節(jié)LD pin腳電壓從0到250mV而實(shí)現(xiàn),該控制電壓優(yōu)先于內(nèi)部CS pin設(shè)定值250mV , 從而可輸出電流實(shí)現(xiàn)編程. 例如, 在VDD 和地之間接一個(gè)分壓器,設(shè)定CS pin的控制電壓. 當(dāng)分壓器設(shè)定的控制電壓超過(guò)250mV將不會(huì)改變輸出電流. 如希望更大的輸出電流, 可以選擇一個(gè)更小的采樣電阻.
PWM 調(diào)光通過(guò)外部PWM信號(hào)加在PWM_D pin 端而實(shí)現(xiàn).該 PWM 信號(hào)可由微控制器或由脈沖發(fā)生器按希望的LED的亮度以一定的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn). 在此PWM 方式下, 以該信號(hào)的有效和失效轉(zhuǎn)換來(lái)調(diào)節(jié)LED的電流. 在此模式,LED 的電流處在這兩種狀態(tài)之一: 零或由采樣電阻設(shè)定的正常電流.它不可能用這個(gè)方法去達(dá)到比HV9910用采樣電阻設(shè)定的水平更高的平均亮度 . HV9910 用這種PWM控制方法,這燈的輸出只能在0到100%之間調(diào)整. 此PWM調(diào)光方法的精度僅僅取決于GATE的最小脈寬的限制, 即此頻率的占空比的百分比.

建議設(shè)計(jì)200-500Hz之間,原廠規(guī)格書(shū)是說(shuō)可以很高,但是我建議在這個(gè)范圍.如果是外控PWM市電直驅(qū)設(shè)計(jì)時(shí)要注意信號(hào)隔離,光耦和變壓器都可以,IC沒(méi)有提供隔離供電部分,在此向超科公司提出建議,希望在今后設(shè)計(jì)類似IC一定要考慮這個(gè)問(wèn)題! 

工作頻率設(shè)定
振蕩器的工作頻率能被用一個(gè)外部電阻ROSC在25kHz 到 300kHz之間設(shè)定:
FOSC = 25000/(ROSC [kΩ] + 22) [kHz]

功率因數(shù)校正
當(dāng) LED 驅(qū)動(dòng)器的輸入功率不超過(guò)25W時(shí), 為了通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)EN61000-3-2 Class C 的AC諧波的限制, 如 HV9910 的應(yīng)用線路圖, 可以加一個(gè)簡(jiǎn)單的被動(dòng)功率因數(shù)校正電路. 這個(gè)典型的應(yīng)用電路線圖表示怎樣加這個(gè)線路而不影響電路的其它部分. 一個(gè)由3個(gè)二極管和 2個(gè)電容器的簡(jiǎn)單電路被加在ac整流輸入的后面去改善輸入電流的諧波失真和達(dá)到功率因數(shù)大于0.85.

電感設(shè)計(jì)
提及典型的應(yīng)用電路,可以從電感中計(jì)算得到希望的LED 波紋電流的峰峰值. 但在典型的應(yīng)用,這樣的波紋電流被選取為正常的LED電流的30%. 在這個(gè)例子中, 正常電流ILED 是350mA.下一步是得出 LED燈串上的總電壓降. 例如, 當(dāng)燈串由10高亮度的LED組成且每個(gè)二極管在它的額定電流時(shí)的正向壓降為3.0V; 則LED 串的總電壓VLEDS 是 30V.
可以知道正常的整流的輸入電壓=120V*1.41=169V
由此可以決定開(kāi)關(guān)的占空比:
D=Vleds/Vin=0.117
然后,給出開(kāi)關(guān)頻率,在此例中Fosc=50KHz,這樣計(jì)算功率管MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間:
Ton=D/Fosc=3.5us
有這些必須的數(shù)值,可以計(jì)算出電感值:
L=(Vin-Vleds)*Ton/(0.3*Iled)=4.6mH

降壓型(BUCK)拓?fù)湓O(shè)計(jì) 

當(dāng)需要的LED燈串接電壓比供電電壓低時(shí),需要選用降壓型拓?fù)?上面的介紹都是適用這些設(shè)計(jì)要求的說(shuō)明.然而設(shè)計(jì)者必須滿足輸入電壓維持在LED燈串電壓2倍一樣為合適.這個(gè)限制是因?yàn)镠V9910工作在降壓型拓?fù)鋾r(shí)占空比大于0.5時(shí)電流輸出穩(wěn)定,不穩(wěn)定的顯示在輸出電流它本身在開(kāi)關(guān)諧波影響下會(huì)自激震蕩.


HV9910在使用工程當(dāng)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題!

問(wèn):MOS管會(huì)損壞和LED燒毀等情況?
答:設(shè)計(jì)條件在供電電壓相對(duì)穩(wěn)定、有限壓保障,負(fù)載不大于8W LED條件下是比較合理的.供電電壓波動(dòng)會(huì)順壞線路器件.

問(wèn):MOS和肖特基二極管發(fā)熱嚴(yán)重?
答:熱量肯定是有的.電流值、耐壓不是越高越好,合適即可.最重要的也是最主要的熱源是二極管的Vf值和mos的導(dǎo)通結(jié)電阻,這個(gè)值是我們選擇器件的首要指標(biāo).

問(wèn):發(fā)現(xiàn)LED會(huì)有閃爍現(xiàn)象?
答:在降壓型設(shè)計(jì)是供電電壓要高于LED正向電壓總和1倍以上為合理,有時(shí)我們?cè)O(shè)計(jì)可能沒(méi)有辦法滿足這個(gè)條件,可以適當(dāng)增加在LED兩端電容或電容容量方法加以解決.