ICL8001G可控硅調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)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(diǎn)， 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(shí)現(xiàn)和使用范圍廣等一系列優(yōu)點(diǎn)， 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(jìn)入市場(chǎng)以來(lái)， 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(jìn)， LED 趨于高亮度化和全色化。氮化鎵基底的藍(lán)色LED的出現(xiàn)， 更是擴(kuò)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(dá)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(shí)，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(shí)用中應(yīng)采用可以提供精確穩(wěn)定電流的LED驅(qū)動(dòng)恒流源來(lái)為L(zhǎng)ED 供電。

　　LED 的調(diào)光可以進(jìn)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(shí)現(xiàn)和使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)， 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(guó)國(guó)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(diǎn)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(diǎn)

　　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(chǎng)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(chǎng)合， 精密的PWM 控制可確?？煽康赜糜谙辔徽{(diào)光控制的初級(jí)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(dá)90%。相對(duì)別的電路解決方案， ICL8001G 的LED 供電工作電壓范圍寬（高達(dá)26 V ）、功耗低， 保護(hù)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(jiǎn)單的特點(diǎn)。

　　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(diǎn)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(gè)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(chǎng)合；3）用于初級(jí)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(dòng)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(hù)的可調(diào)節(jié)鎖定工作模式。

（1） ICL8001G 引腳功能

　?。?）可控硅調(diào)光的典型應(yīng)用電路

　　可控硅調(diào)光的電路實(shí)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[!--empirenews.page--]

　　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(píng)估電路板EVALLED 的特點(diǎn)與具體電路實(shí)現(xiàn)。

　?。?1）電路簡(jiǎn)介

　　ICL8001G 的評(píng)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(jí)反激控制集成電路， 工作于準(zhǔn)諧振、初級(jí)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(chǎng)合。

　?。?2） ICL8001G 的評(píng)估電路板EVAL-LED

　　ICL8001G的評(píng)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(píng)估電路板的俯視圖

圖6 EVAL-LED ICL8001G評(píng)估電路板的仰視圖

　?。?3）電路特點(diǎn)

　　EVAL-LED ICL8001G 評(píng)估電路板的電路特點(diǎn)如下：

　　1）在準(zhǔn)諧振工作模式下， 在整個(gè)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(jí)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(duì)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(dòng)控制功能；6）具有折返式補(bǔ)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(hù)后的自動(dòng)再啟動(dòng)；9）輸出過電壓保護(hù)的可調(diào)節(jié)鎖定關(guān)斷工作模式。  

 [!--empirenews.page--]

　　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(jiǎn)介

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

　　②VR引腳： 電壓檢測(cè)引腳， 通過該引腳檢測(cè)交流輸入市電整流后的輸出電壓， 利用這個(gè)檢測(cè)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(cè)引腳， 該引腳接至一只用于決定初級(jí)側(cè)電流檢測(cè)的電流檢測(cè)電阻， 并和反饋電壓一起用于決定PWM 控制信號(hào)發(fā)生器的脈沖關(guān)斷時(shí)間， 并且在主電源開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)通過檢測(cè)電壓VCS的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)短路繞組的檢測(cè)功能。

　　④GD引腳： 柵極驅(qū)動(dòng)輸出引腳， 該引腳輸出信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)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。

　　（3） ICL8001G 的電路保護(hù)

　　ICL8001G具有如表2所示的保護(hù)功能。

表2 保護(hù)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(shí)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(diǎn)如表3所示。

表3 相控調(diào)光器分類和特點(diǎn)

　　（ 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(dá)到改變輸出功率的目的， 從而達(dá)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(gè)缺點(diǎn)， 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[!--empirenews.page--]

（ 4）技術(shù)指標(biāo)

　　表4給出了EVALLEDICL8001G 評(píng)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(shí)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(gè)啟動(dòng)單元電路， 這個(gè)啟動(dòng)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(dòng)時(shí)間， 在ICL8001G的VCC 引腳外接電容C 15= 10 μF 的條件下， 電路啟動(dòng)時(shí)間大約為120m s。

　　2） EVAL-LED ICL8001G評(píng)估電路PCB 板圖

　　EVAL-LED ICL8001G 評(píng)估電路PCB板圖分別如圖7和圖8所示。

圖7 EVAL-LED ICL8001G評(píng)估電路板PCB 俯視圖

圖8 EVAL-LED ICL8001G評(píng)估電路板PCB 仰視圖

　3） EVAL-LED ICL8001G評(píng)估電路電路原理圖。

　　EVAL-LED ICL8001G 評(píng)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(píng)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(chǎng)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(chǎng)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(jià)等方面還需進(jìn)一步做出努力， 以擴(kuò)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。