ICL8001G可控硅調(diào)光LED驅(qū)動電路與應(yīng)用

摘要： LED 照明具有發(fā)光效率高、節(jié)能等一系列優(yōu)點， 目前得到了廣泛的應(yīng)用。由于LED可控硅調(diào)光具有使用方便、便于實現(xiàn)和使用范圍廣等一系列優(yōu)點， 世界上一些半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)制造公司紛紛推出有關(guān)LED可控硅調(diào)光控制集成電路。下面介紹由英飛凌（ Infineon）公司新推出的LED 可控硅（ TRA IC）調(diào)光控制集成電路ICL8001G的工作原理與典型應(yīng)用。

　　1 LED照明與LED可控硅（ TRAIC）調(diào)光控制

　　自從1968年第一批LED 開始進入市場以來， 至今已有30多年。隨著新材料的開發(fā)和LED生產(chǎn)工藝的改進， LED 趨于高亮度化和全色化。氮化鎵基底的藍色LED的出現(xiàn)， 更是擴展了LED 的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　LED的發(fā)光原理就是將電能轉(zhuǎn)換為光的過程， 將電流通過化合物半導(dǎo)體， 通過電子與空穴的結(jié)合， 過剩的能量將以光的形式釋出， 達到發(fā)光的效果。通過LED的正向電流越大則LED 的發(fā)光亮度越高， 同時，通過LED發(fā)光電流的穩(wěn)定性將影響LED 的發(fā)光穩(wěn)定性。因此， 在實用中應(yīng)采用可以提供精確穩(wěn)定電流的LED驅(qū)動恒流源來為LED 供電。

　　LED 的調(diào)光可以進一步提高LED 的節(jié)能效果，而LED的可控硅（ TRAIC ）調(diào)光具有易于實現(xiàn)和使用方便等一系列優(yōu)點， 世界上一些大的半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)和制造公司紛紛推出了LED 可控硅（ TRAIC ）調(diào)光控制集成電路， 例如： 美國國家半導(dǎo)體公司（NS ）推出的LM3445、安森美公司（ Onsemi ） 推出的NCL30000、NXP公司推出的SSL2010T 和英飛凌（ Infineon）公司推出的ICL8001G 等可控硅（ TRAIC ）調(diào)光控制集成電路， PI公司也推出了基于PI產(chǎn)品的LED可控硅調(diào)光解決方案， 它們各具特色。下面介紹英飛凌（ In fineon） 公司推出的ICL8001G 可控硅（ TRAIC ）調(diào)光控制集成電路的工作原理、特點和典型應(yīng)用電路。

　　2 LED可控硅調(diào)光控制集成電路ICL8001G的特點

　　ICL8001G是一款工作于準(zhǔn)諧振工作模式、用于離線LED照明應(yīng)用場合的控制集成電路， 特別適用于替代白熾燈照明應(yīng)用的LED可調(diào)光應(yīng)用場合， 精密的PWM 控制可確保可靠地用于相位調(diào)光控制的初級側(cè)控制電路結(jié)構(gòu)， 確保電路功率因數(shù)PF值> 98%, 可以顯著地改善電路工作效率， 使工作效率高達90%。相對別的電路解決方案， ICL8001G 的LED 供電工作電壓范圍寬（高達26 V ）、功耗低， 保護功能齊全， 使用ICL8001G構(gòu)成的LED 可控硅調(diào)光控制電路具有性能優(yōu)和電路簡單的特點。

　　ICL8001G為8引腳PG - DSO- 8封裝， 外形如圖1所示， ICL8001G 的內(nèi)部工作原理框圖如圖2所示。

　　ICL8001G的主要技術(shù)特點如下：

圖1 引腳圖（ PG - DSO- 8封裝） （俯視圖）

圖2 內(nèi)部工作原理框圖

　　1）在整個工作范圍內(nèi)具有高的工作效率和工作穩(wěn)定性；2）可用于可控硅前沿或后沿的調(diào)光控制應(yīng)用場合；3）用于初級側(cè)的PFC 和精密調(diào)光PWM 控制；4）用于VCC引腳外接電容的恒電流預(yù)充電控制單元電路；5）內(nèi)置數(shù)控軟啟動控制功能， 折返式控制和逐周期峰值電流控制；6） VCC 過/欠電壓鎖定輸出；7）輸出過電壓保護的可調(diào)節(jié)鎖定工作模式。

（1） ICL8001G 引腳功能

　　（3）可控硅調(diào)光的典型應(yīng)用電路

　　可控硅調(diào)光的電路實現(xiàn)有許多種， 可控硅調(diào)光的典型應(yīng)用電路如圖4所示， 在圖4所示電路中， 電位器1用于設(shè)定內(nèi)部失調(diào)， 電位器2用于外部控制， 在電位器1和電位器2的共同作用下， 阻值變化范圍為2. 7Ω  到413 kΩ。

圖4 可控硅調(diào)光的典型應(yīng)用電路

　　4 采用ICL8001G的LED可控硅可調(diào)光典型應(yīng)用電路

　　下面介紹采用ICL8001G 的LED 可控硅調(diào)光典型應(yīng)用電路評估電路板EVALLED 的特點與具體電路實現(xiàn)。

　?。?1）電路簡介

　　ICL8001G 的評估電路板EVAL-LED 演示了ICL8001G控制集成電路在LED 可控硅調(diào)光的應(yīng)用，ICL8001G為單級反激控制集成電路， 工作于準(zhǔn)諧振、初級側(cè)控制工作模式， 集成了APFC 和相控調(diào)光控制功能， 適用于LED可調(diào)光控制的應(yīng)用場合。

　?。?2） ICL8001G 的評估電路板EVAL-LED

　　ICL8001G的評估電路板EVAL-LED 焊接電路元器件后的PCB 電路板圖俯視圖和仰視圖分別如圖5和圖6所示。

圖5 EVAL-LED ICL8001G評估電路板的俯視圖

圖6 EVAL-LED ICL8001G評估電路板的仰視圖

　　（ 3）電路特點

　　EVAL-LED ICL8001G 評估電路板的電路特點如下：

　　1）在準(zhǔn)諧振工作模式下， 在整個寬的交流輸入市電電壓變化范圍內(nèi)具有穩(wěn)定和高的工作效率；2）采用初級側(cè)反激控制， 具有APFC 功能和相控調(diào)光控制功能；3）在相控調(diào)光控制下電路保持高的工作效率；4）在ICL8001G 的內(nèi)部具有對VCC 引腳外接電容的恒電流充電控制功能；5） ICL8001G內(nèi)含數(shù)控軟啟動控制功能；6）具有折返式補償和逐周期峰值電流限制功能；7） VCC 引腳的過電壓和欠電壓鎖定輸出控制功能；8）短路保護后的自動再啟動；9）輸出過電壓保護的可調(diào)節(jié)鎖定關(guān)斷工作模式。  

　　ICL8001G的引腳功能如表1所示。

表1 ICL8001G的引腳功能

　?。?） ICL8001G 的引腳功能簡介

　　①ZCV引腳： 過零檢測引腳， 來自輔助繞組的電壓經(jīng)延時電路延時一段時間后加到該引腳， 通過內(nèi)部電路該引腳接到了過零檢測器電路， 用以決定外接功率開關(guān)管的導(dǎo)通時間。同時， 通過比較VZC和內(nèi)部預(yù)設(shè)定的閾值電壓可以實現(xiàn)輸出過電壓檢測功能。

　　②VR引腳： 電壓檢測引腳， 通過該引腳檢測交流輸入市電整流后的輸出電壓， 利用這個檢測到的電壓可以設(shè)定峰值電流控制電路的峰值電流， 并完成APFC 和相控調(diào)光控制功能。

　　③CS引腳： 電流檢測引腳， 該引腳接至一只用于決定初級側(cè)電流檢測的電流檢測電阻， 并和反饋電壓一起用于決定PWM 控制信號發(fā)生器的脈沖關(guān)斷時間， 并且在主電源開關(guān)管導(dǎo)通時間內(nèi)通過檢測電壓VCS的電壓來實現(xiàn)短路繞組的檢測功能。

　　④GD引腳： 柵極驅(qū)動輸出引腳， 該引腳輸出信號用于驅(qū)動外接功率開關(guān)MOSFET管。

　　⑤HV 引腳： 高電壓輸入引腳， 該引腳連接至外部總線電壓， 并通過外接總線電壓為接至集成電路VCC引腳的電容充電。

　　⑥VCC 引腳： 集成電路的電源供電引腳， 供電電壓范圍為VV CCoff VVCCOVP。

　　⑦GND引腳： 集成電路的地引腳。

　?。?） ICL8001G 的電路保護

　　ICL8001G具有如表2所示的保護功能。

表2 保護特性

　　3 調(diào)光器的分類與工作原理

　?。?1）調(diào)光器的分類

　　調(diào)光器按實現(xiàn)方式可以分為前切式及后切式相位調(diào)光， 前切式及后切式相位調(diào)光輸出的電壓波形如圖3所示， 前切式相位調(diào)光又叫可控硅前沿相位調(diào)光或可控硅調(diào)光。而后切式相位調(diào)光又叫后沿調(diào)光或晶體管調(diào)光。前切式相位調(diào)光的調(diào)光控制交流輸入市電的前沿變化較劇烈， 而后沿調(diào)光的調(diào)光控制交流輸入市電的后沿變化較平緩， 這可從圖3 所示波形看出。

　　相控調(diào)光器分類和特點如表3所示。

表3 相控調(diào)光器分類和特點

　?。?2）相控調(diào)光器的工作原理

　　如圖3波形所示， 通過改變調(diào)光控制相控角的位置就可以改變輸出交流電的平均值， 達到改變輸出功率的目的， 從而達到調(diào)光控制目的。但是， 相控調(diào)光器的交流輸出電壓波形已嚴(yán)重偏離正弦波形， 所以功率因數(shù)也嚴(yán)重小于1, 這也是相控調(diào)光的一個缺點， 相比較而言， 后切式相位調(diào)光的波形失真較前切式相位調(diào)光的波形失真要小些。

圖3 前切式及后切式相位調(diào)光輸出的電壓波形

（ 4）技術(shù)指標(biāo)

　　表4給出了EVALLEDICL8001G 評估電路板的有關(guān)技術(shù)指標(biāo)， 表4中輸入電壓表示未經(jīng)相控調(diào)光的交流輸入電壓有效值（ RMS） , 輸出電壓表示在給定的交流市電輸入電壓變化范圍內(nèi)的輸出直流電壓變化范圍。

表4 電路性能指標(biāo)

　?。?）調(diào)光控制

　　通過可控硅的相控調(diào)光控制， 可以改變加到LED照明控制電路板上的LED 直流供電電流值， 從而實現(xiàn)LED 的調(diào)光控制。

　　1）電路板的加電

　　在集成電路ICL8001G 內(nèi)部有一個啟動單元電路， 這個啟動單元電路可以在不降低電路工作效率的前提下縮短電路的啟動時間， 在ICL8001G的VCC 引腳外接電容C 15= 10 μF 的條件下， 電路啟動時間大約為120m s。

　　2） EVAL-LED ICL8001G評估電路PCB 板圖

　　EVAL-LED ICL8001G 評估電路PCB板圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 EVAL-LED ICL8001G評估電路板PCB 俯視圖

圖8 EVAL-LED ICL8001G評估電路板PCB 仰視圖

　3） EVAL-LED ICL8001G評估電路電路原理圖。

　　EVAL-LED ICL8001G 評估電路板電路原理圖如圖9所示， 電路元器件參數(shù)表如表5所示。

圖9 ICL8001G評估電路板電路原理圖

表5 電路元器件參數(shù)表

　　5 小結(jié)

　　由于照明可控硅（ TR IAC ）調(diào)光易于使用， 符合人們的使用習(xí)慣， 所以推廣可控硅照明調(diào)光具有很好的市場前景， 照明可控硅（ TR IAC）調(diào)光在白熾燈調(diào)光中得到了很好的應(yīng)用。但是， 照明的可控硅（ TR IAC ）調(diào)光在氣體放電燈和LED照明調(diào)光的應(yīng)用場合， 可控硅（TR IAC ）調(diào)光在電路的功率因數(shù)、調(diào)光閃爍等調(diào)光性能和造價等方面還需進一步做出努力， 以擴大可控硅（ TR IAC）調(diào)光在氣體放電燈和LED照明調(diào)光的應(yīng)用范圍。