離線式PFM可調(diào)光LED恒流驅(qū)動(dòng)器XL5003及其應(yīng)用

摘要：XL5003是一種離線式高壓高效可調(diào)光恒流LED驅(qū)動(dòng)器單片IC，基于XL5003的85～265 V通用AC線路輸入的LED驅(qū)動(dòng)電源，可以驅(qū)動(dòng)3～7顆串聯(lián)的1 W LED，效率可達(dá)80％，并提供軟啟動(dòng)、LED開路／短路保護(hù)及電流限制和熱關(guān)閉等功能。
關(guān)鍵詞：XL5003；LED驅(qū)動(dòng)器；PFM；可調(diào)光；高壓高效；保護(hù)

    XL5003是一種高壓600 V、0．5 A開關(guān)電流降壓式PFM LED恒流驅(qū)動(dòng)器單片IC?；赬L5003的國際通用AC線路輸入的LED恒流驅(qū)動(dòng)電源，支持線性和PWM調(diào)光及無電解電容器解決方案，提供軟啟動(dòng)、LED開路與短路保護(hù)及熱關(guān)閉保護(hù)，始于用作驅(qū)動(dòng)3～7顆串聯(lián)在一起的1 W LED。

1 XL5003的結(jié)構(gòu)和引腳功能
    XL5003采用8引腳SOIC封裝，引腳配置如圖1所示。

    XL5003芯片集成了軟啟動(dòng)電路、0．2 V的參考電壓、VDD欠壓鎖定(UVLO)、誤差放大器(EA)、比較器(COMP)、脈沖頻率調(diào)制(PFM)、過電流保護(hù)(OCP)比較器、鎖存與柵極驅(qū)動(dòng)器、600 V的DMOS及熱關(guān)閉電路等，功能框圖如2所示。

    XL5003的各個(gè)引腳功能見表1。

2 XL5003的功能特點(diǎn)與電氣特性
2．1 功能特點(diǎn)
    XL5003是一種600 V、0．5 A開關(guān)電流降壓型PFM LED恒流驅(qū)動(dòng)器單片IC，適合構(gòu)建85～265 V交流線路輸入的AC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器，用來驅(qū)動(dòng)由3～7個(gè)1 W的LED組成的LED串，來替代E27、GU10、GU5．3和B22燈座的白熾燈或鹵素?zé)簟?br />     XL5003支持線性和PWM調(diào)光，同時(shí)支持無電解電容器解決方案，具有欠壓鎖定、電流限制和熱關(guān)閉功能，并內(nèi)置軟啟動(dòng)電路，對(duì)LED開路和短路提供保護(hù)。
2．2 主要電氣特性
    XL5003的主要電特性參數(shù)見表2。

3 典型應(yīng)用電路
3．1 不帶或帶電解電容器的應(yīng)用電路
    采用XL5003不帶或帶電解電容器的3～7 WLED驅(qū)動(dòng)器電器如圖3所示。

    在圖3中橋式整流器BD1輸出端，連接小電容CinA和CinB或一個(gè)3．3μF的電解電容。DC總線電壓直接加至IC的VIN引腳，同時(shí)通過2 MΩ的電阻R1加至IC的VDD引腳。超快速恢復(fù)二極管DD和電容C1組成IC的自舉電源。在IC內(nèi)部的MOSFET導(dǎo)通期間，電流從IC引腳SW流出，經(jīng)感測電阻RCS、電感器L1通過LED，同時(shí)對(duì)輸出電容Cout充電；在IC內(nèi)MOSFET關(guān)斷期間，Cout放電，放電電流通過LED。通過LED的電流ILED由電阻RCS設(shè)定，其數(shù)值為：ILED≈0．22 V／RCS。當(dāng)選擇RCS=0．68 Ω時(shí)，ILED≈324mA。RCS不僅為LED提供恒流、而且還提供LED短路保護(hù)。
    當(dāng)不使用電解電容并且選擇CinA=CinB=0．47μF時(shí)，在VAC=110 V和VAC=200 V下的輸入功率Pin、功率因數(shù)PF、輸出電壓Vout、輸出電流Iout、開關(guān)頻率fsw和效率η，見表3。

    如果用3．3μF的鋁電解電容器取代CinA和CinB，測試數(shù)據(jù)見表4。

    采用3．3μF的鋁電解電容器Cin后，線路功率因數(shù)PF略有降低，其他參數(shù)指標(biāo)變化并不明顯。由于鋁電解電容器的使用壽命遠(yuǎn)低于LED的壽命，成為目前LED燈具出現(xiàn)早期失效的重要原因，因此建議低功率LED驅(qū)動(dòng)器盡可能不選用電解電容器作為全橋整流輸出的濾波元件。
3．2 帶無源PFC和線性調(diào)光的應(yīng)用電路
    采用XL5003并帶無源PFC和線性調(diào)光的3～7 WLED驅(qū)動(dòng)器電路如圖4所示。圖中，電容CinA和CinB及二極管D1A、D1B、D1C組成無源填谷式(ValleyFill)功率因數(shù)校正(PFC)電路，穩(wěn)壓二極管DZ1和電阻R2對(duì)LED開路提供保護(hù)，可調(diào)電阻RW用于LED的線性調(diào)光。

    在采用傳統(tǒng)橋式整流電解電容濾波電路時(shí)，由于只有在AC輸入瞬間電壓幅度高于電解電容上的電壓時(shí)，整流二極管才會(huì)因正向偏置而導(dǎo)通，整流二極管的實(shí)際導(dǎo)通角僅約60°，即在AC電壓的正半周，二極管在60°和120°之間導(dǎo)通，在AC電壓的負(fù)半周，二極管在240°與300°之間導(dǎo)通，致使AC輸入電流呈高幅度的尖峰脈沖，諧振含量很高，線路功率因數(shù)僅為0．5～0．6。
    采用無源填谷式PFC電路后，在AC輸入電壓的正半周的30°時(shí)，IC引腳VIN上的電壓VIN恰為AC峰值電壓VAC(PK)的一半，即VIN=VAC(PK)·sin30°=0．5VAC(PK)，此時(shí)電流通過二極管D1B對(duì)電容CinA和CinB開始充電，同時(shí)流入IC引腳VIN對(duì)負(fù)載供電。當(dāng)VIN達(dá)到VAC(PK)之后，D1B截止，停止對(duì)CinA和CinB充電。在150°時(shí)，VIN=0．5VAC(PK)，D1A和D1C導(dǎo)通，CinA和CinB放電。在此情況下，橋式整流二極管的導(dǎo)通角為120°(從30°到150°)，比使用電解電容時(shí)增加了60°。同理，在AC線路的負(fù)半周，橋式整流二極管導(dǎo)通角也為120°(從210°到330°)，比使用電解電容時(shí)也增加了60°，起到對(duì)AC輸入電流波形的填谷作用，將線路功率因數(shù)提高到(0．85～0．90)。
    當(dāng)去掉調(diào)光電阻RW不考慮調(diào)光情況時(shí)，帶無源PFC的LED驅(qū)動(dòng)器測試數(shù)據(jù)見表5。

4 結(jié)束語
    XL5003集成了為恒流驅(qū)動(dòng)LED所需要的控制電路和一個(gè)600 V、0．5 A的VDMOS，僅需外加少量的元器件，即可構(gòu)建85～265 V交流通用輸入的AC／DC高效開關(guān)穩(wěn)壓器，用來驅(qū)動(dòng)3～7 W的LED串，LED電流利用一個(gè)電流感測電阻設(shè)定。基于XL5003的PFM LED恒流驅(qū)動(dòng)器，支持無電解電容器解決方案和線性或PWM調(diào)光，并適于采用無源PFC電路，而且還提供軟啟動(dòng)、電流限制以及LED開路／短路保護(hù)及芯片熱關(guān)閉保護(hù)。與XL5003同系列的器件還有XL5002和xL5004等。