大功率LED驅動芯片XLT604及其電路應用

LED以其壽命長且耗電小等特點而廣泛應用于指示燈、大型看板、掃描儀、傳真機，手機、汽車用燈、交通信號燈等方面。但在照明光源方面，目前的LED因亮度及價格尚未具備取代其它光源的條件。然而，隨著亮度持續提升，LED將在不久的將來取代白熱燈與日光燈，且價格也會因量產技術進步而下降，應用需求將大幅增加。

??????? 1 XLT604芯片的結構功能

　　XLT604是采用BICMOS工藝設計的PWM高效LED驅動控制芯片。它在輸入電壓從8V(DC)到450V (DC)范圍內均能有效驅動高亮度LED。該芯片能以高達300 kHz的固定頻率驅動外部MOS-FET。且其頻率可由外部電阻編程決定。外部高亮LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增強LED的可靠性，其恒流值可由外部取樣電阻值決定，其變化范圍從幾毫安到1安培。

　　XLT604驅動的LED可以通過外部控制電壓來線性調節其亮度，亦可通過外部低頻PWM方式調節LED串的亮度。

??????? XLT604的功能框圖如圖1所示。

圖1：XLT604的功能框圖

??????? 各引腳的主要功能如表1所示。

表1：各引腳的主要功能

??????? 2 XLT604的應用電路

　　XLT604是可降壓、升壓、升降壓驅動大功率LED串的控制芯片。該芯片既適用于AC輸入，也適用于8～450 V的直流輸入。交流輸入時，為提高功率因素，可在線路中加入無源功率因素校正電路。XLT604可驅動上百個LED的串聯或數串并聯，并可通過調節恒流值來確保LED的亮度并延長壽命。PWM_D端可采用低頻脈寬調制的方法調節LED亮度，同時兼作使能端，該端懸空時，芯片無輸出控制。實際上，該芯片也可以通過LD端的線性調壓方式調節LED的亮度。圖2所示是XLT604在交直流輸入中的典型應用電路。

圖2：XLT604在交直流輸入中的降壓驅動電路

3 電路元器件的參數設計

??????? 3.1 電路開關頻率的計算

　　開關頻率決定了電路中電感的大小，大的頻率可以使用較小的電感，但這會增加電路的損耗。典型的頻率應在20～150 kHz左右，歐洲的電壓是230 V，可以用較小的頻率；北美的電壓是120 V，因此選擇100 kHz是一種好的折中方案。電路中的振蕩電阻可以通過下式計算：

　　fosc=22000／(Rosc+22)

　　式中，Rosc的單位為kΩ

??????? 3.2 交流輸入電感的設計

　　設輸入有效值為120 V，Iled為350 mA，fosc為50 kHz，10個LED的正向壓降Vleds為30V；則：

　　Vin=120×1.41=169 V

　　那么，開關占空比：

　　D=Vleds／Vin=30／169=0.177

　　Ton=D／fosc=3.5 ms

　　L=(Vin-Vleds)Ton／(0.3Iled)=4.6 mH

?????? 3.3 輸入濾波大電容的設計

　　輸入濾波電容應確保整流電壓值始終大于兩倍的LED串電壓，假設電容兩端有15％的紋波電壓，那么，其電容的簡單計算方法如下：

　　Cmin=0.06IledVleds／Vin2=22μF

　　因此，選擇值為22μF／250 V的電容作為輸入濾波電容。

??????? 4 應用控制

??????? 4.1 LED驅動控制

　　XLT604可用來控制包括隔離／非隔離、連續／非連續等多種類型的轉換器。當GATE端輸出高電平時，電感或變壓器原邊電感的儲能將直接傳給LED串，而當功率MOSFET關斷時，儲存在電感上的能量將會轉換為LED的驅動電流。

　　當VDD電壓大于UVLO時，GATE端可以輸出高電平，此時電路將通過限制功率管電流峰值的方式工作。將外部電流采樣電阻與功率管的源極串聯，可在外部采樣電阻的電壓值超過設定值(內部設定值250 mV，亦可通過LD外部設定)時，功率管關斷。如果希望系統軟啟動，則可在LD端對地并接一個電容，以使LD端電壓按期望的速率上升，進而控制LED的電流緩慢上升。

??????? 4.2 調光

　　本電路的調光有線性調節租PWM調節兩種方式，兩種方式可單獨調節，也可組合調節。

　　線性調光可通過調節LD端口的電壓(從0～250 mV)來實現，該電壓優先于內部設定值250mV。通過調節連接在電源地上的變阻器可改變CS端的電壓，當LD端的電壓高于250 mV時其電壓變化將不影響輸出電流。而如果希望更大的輸出電流，可以選擇一個更小的采樣電阻。

　　PWM調光則通過一個幾百赫芝的PWM信號加在PWM_D端來實現。PWM信號的高電平時間長度正比于LED燈亮度，在該模式下，LED電流可以為0或設定值之一。通過PWM調節方式可以在0～100％范圍內進行調光。但不能調出高于設定值的電流。PWM調光的精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬。

??????? 4.3 功率因素校正

　　當電源輸入功率不超過25 W時，可采用一個簡單的無源功率因素校正電路來進行功率校正，該電路含有三個二極管和兩個電容，可將電路功率因素提高至0.85。該PFC電路如圖3中的虛線框所示。

圖3：調光電路中的PFC電路

??????? 5 結束語

　　新一代1 W、3 W和5 W的LED的輸出功率是標準LED輸出的10～50倍，選擇哪種芯片來驅動新型大功率LED不再是一個簡單的任務，這使得利用這些新型LED進行設計時要面臨很多設計挑戰。事實上，驅動器、肖特基二極管和電感也都有多種選擇，而適當的組合又取決于多種因素(諸如成本、尺寸、驅動器發熱以及所有其他所需的輸入／輸出等)。此外，PCB板的不合理布線也可能會導致設計的失敗。