LED驱动电路设计课程.pptx

MC34063以其功能齐全、价格低廉而得到广泛应用，也可以应用在HB LED驱动电路中，然而MC34063毕竟是30年前的技术产物，在电力电子元器件性能与30年前相比得到了极大的飞跃后，MC34063的一些性能显得有些不适应，需要一种既像MC34063那样价格低廉同时性能又得到飞跃性的提高的单芯片DC/DC变换器和HB LED驱动芯片，这就是NCP3063、NCP3064、NCP3065、NCP3066。这些器件都是MC34063的升级版芯片，在价格上与MC34063基本相同。第1页/共137页4.1 MC34063的升级型号NCP3063、NCP3064MC34063的确是一款功能齐全而且廉价的DC/DC变换器芯片，但是MC34063仅能工作在100kHz以下的频率，为了减小滤波元件的尺寸，ON Semi公司推出NCP3063/NCV3063和NCP3064/NCV3064单芯片DC/DC变换器。在内部结构上看，NCP3063/4与MC34063相比更加明了。第2页/共137页MC34063、NCP3063、NCP3064内部结构 第3页/共137页可以看到，MC34063、NCP3063、NCP3064外引脚功能基本没有变，只是管脚8由MC34063的驱动集电极变为NCP3063的空脚和NCP3064的外控制通/断管脚，以方便控制输出级是否工作；输出级电路形式NCP3063、NCP3064与MC34063相同，还是复合晶体管结构；基准电压和与基准电压相连的比较器NCP3063、NCP3064与 MC34063仍然一样，最终控制控制输出级开关的锁存器。第4页/共137页与MC34063相比不同的是：MC34063不带有过热保护电路，而NCP3063、NCP3064则增添了过热保护电路，这样，在使用NCP3063、NCP3064可以不用担心其是否会因芯片过热而烧毁；与MC34063相比，电流比较器虽然没有变化NCP3063、NCP3064，但是其内置偏置电压从MC34063的0.3V降低到NCP3063、NCP3064的0.2V，这样可以进一步减小检测电路的损耗；在MC34063的原理框图中，似乎看不到电流比较器，其电流比较器与振荡器集于一体，因此不清楚电流比较器对振荡器工作有何影响。在NCP3063、NCP3064的原理框图中，有了明显的电流比较器和锁存器，因此NCP3063、NCP3064的电流比较原理更加明了。第5页/共137页最后就是MC34063仅能工作于100kHz或以下的频率，而NCP3063、NCP3064则可以工作在150kHz，这样可以有效地减小滤波元件的参数和体积。这对于30年前的电力电子用的磁性材料技术和电容器制造技术，将频率提高到100kHz以上可能找不出合适的质优价廉的电力电子用的磁性材料和电容器。时至今日，电力电子用的磁性材料得到飞跃性进步，电容器的技术进步也是令人瞩目的，这时再维持100kHz的固有观念就可能使设计的产品落后于时代。这就是NCP3063、NCP3064问世的原因之一。第6页/共137页NCP3063、NCP3064的封装形式 第7页/共137页NCP3063、NCP3064管脚功能 为了使NCP3063、NCP3064进入汽车电子领域，NCP3063、NCP3064还有其姊妹型号NCV3063和NCV3064。第8页/共137页4.2 NCP3063、NCP3064的性能分析与MC34063一样NCP3063和NCP3064在降压工作状态时，输入电压范围可以在2.5V40V；升压工作状态下最低输入电压为2.5V，最高输出电压为40V；峰值电流检测端、驱动级集电极、输出集电极、输出发射极对GND之间的最高电压为40V。第9页/共137页NCP3063和NCP3064的极限参数 额定额定符号符号量值量值单位单位芯片电源（管脚芯片电源（管脚6）电压）电压VCC040V比较器输入（管脚比较器输入（管脚5）电压）电压VCII-0.2+VCCVdc开关管集电极（管脚开关管集电极（管脚1）电压）电压VSWC0+40Vdc开关管发射极（管脚开关管发射极（管脚2）电压）电压（晶体管关断）（晶体管关断）VSWE-0.6VCCVdc开关管集电极开关管集电极-发射极（管脚发射极（管脚1-2）电压）电压VSWCE0+40Vdc开关管电流开关管电流ISW1.5A第10页/共137页NCP3063和NCP3064的极限参数Ipk检测端（管脚检测端（管脚7）电压）电压VIPK-0.2+0.2V定时电容端（管脚定时电容端（管脚3）电压）电压VTCAO-0.2+1.4V耗散功率与热特性耗散功率与热特性DIP封装管芯到环境热阻封装管芯到环境热阻SO-8封装管芯到环境热阻封装管芯到环境热阻管芯到外壳热阻管芯到外壳热阻DFN-8封装管芯到环境热阻封装管芯到环境热阻RJARJARJCRJA1001004580/W/W/W/W最高工作结温最高工作结温TJ+150工作环境温度范围工作环境温度范围NCP3063、NCP3064NCV3063、NCV3064TA+1500+70-40+125存储温度范围存储温度范围Tstg+150第11页/共137页NCP3063、NCP3064的一般电参数 特性（特性（VCC=5V,TA=TlowThigh2,除特别除特别说明）说明）符号符号最最小小值值典典型型值值最最大大值值单单位位振荡器振荡器频率频率(VPin5=0V,CT=1.0nF,TA=25)fosc110150190kHz充电电流充电电流(VCC=5.040V,TA=25)Ichg275A放电电流放电电流(VCC=5.040V,TA=25)Idischg1650A放放/充电比率充电比率(Pin7达到达到VCC,TA=25)Idischg/Ichg 5.26.06.5电流限制检测电压电流限制检测电压(Ichg=Idischg,TA=25)Vipk(sense)165200235mV第12页/共137页NCP3063、NCP3064的一般电参数 输出级开关管输出级开关管达林顿连接状态时饱和电压达林顿连接状态时饱和电压(ISW=1.0A,Pin1，8连接连接)VCE(sat)1.01.3V饱和电压（饱和电压（ISW=1.0A,RPin=82接接VCC，20）VCE(sat)0.450.7直流电流增益直流电流增益（ISW=1.0A,VCE=5.0V,TA=25）hFE5075集电极断态电流（集电极断态电流（VCE=40V）IC(off)0.01100A第13页/共137页NCP3063、NCP3064的一般电参数比较器比较器阈值电压阈值电压TA=25NCP3063NCP3063B，NCV3063Vth1.250V精度精度-1.5+1.5%精度精度-2+2%阈值电压的源效应（阈值电压的源效应（VCC=5.040V）Regline-6.02.06.0mV输入偏置电流（输入偏置电流（Vin=Vth）ICIIin-1000-100+1000nA整个器件整个器件电源电流电源电流（VCC=5.040V,CT=2.2nF,VPin7=VCC,VPin5Vth,VPin2=GND,其它管脚开路）其它管脚开路）ICC7.0mA过热保护阈值过热保护阈值160迟滞迟滞10第14页/共137页 NCP3063、NCP3064振荡频率、导通电压降 第15页/共137页NCP3043、NCP3044的两个阈值电压与结温的关系 第16页/共137页NCP3063、NCP3064待机电流与电源电压的关系 第17页/共137页4.3 NCP3063、NCP3064的内部工作原理第18页/共137页可以看到：NCP3063、NCP3064由内部电压基准、振荡器、比较器与锁存器、电流限制检测与锁存器、输出级构成和过热保护构成，另外NCP3064还有外部控制通断功能。NCP3063、NCP3064具有逐周电流限制功能，可以工作在逐周电流限制工作状态，这样不仅可以用MC34063实现非绝缘的DC/DC变换和稳压，而且还可以实现DC/DC稳流工作模式。第19页/共137页电压基准NCP3063、NCP3064内部电压基准为1.25V，精度1.5%和2%（NCP的B系列和NCV系列），专门提供内部电压基准（没有基准电压引出端），送到反馈电压比较器的同相端。第20页/共137页振荡器振荡器频率和输出级开关管的最小关断时间取决于定时电容器的电容量选择，定时电容器的充放电时间比率为16，其中内置充电电流源和放电电流源对定时电容器充放电，在定时电容器两端（NCP3063的管脚3）得到锯齿波电压。输出级开关管的最大导通占空比为：tON/(tON+tOFF)，即6/（6+1）=0.857；振荡器的峰点电压与谷点电压差为0.5V（典型值）；利用计算公式得到计算定时电容器可以获得振荡频率。式中单位为：CT法拉，fOSC赫兹。第21页/共137页定时电容器正常工作时的电压波形 第22页/共137页典型工作电压波形 第23页/共137页在反馈比较器输出高电位、IPK比较器输出低电位的条件下定时电容器的充电过程对应输出开关管导通，定时电容器放电对应输出开关管关断。第24页/共137页反馈比较器与锁存器NCP3063、NCP3064中的反馈比较器的作用类似于一般PWM控制器中的误差放大器。如果反馈比较器输出高电平在定时电容器充电之前，则在定时电容器充电过程中，即使反馈比较器输出有高电平转换为低电平，则在本定时电容器的充电过程中，输出级开关管仍维持导通，在定时电容器放电过程，开关管被关断；如果反馈比较器输出低电平维持到下一个定时电容器的充电过程，则由于反馈比较器输出低电平，输出级开关管不能开通，维持关断状态；如果在定时电容器充电过程中，反馈比较器输出有低电位转换为高电位，则输出级开关管在反馈比较器输出转换为高电位时开通，并维持到定时电容器开始放电。第25页/共137页电流限制检测与锁存器与反馈比较器不同，电流限制比较器只要输出高电平（肯定是在开关管的开通期间），则立即将输出级开关管关断，直到下一个定时电容器充电过程才将输出级开关管开放。从这里可以看到，电流限制比较器的优先级要比反馈比较器高，也比定时电容器充电的优先级高，只要出现电流达到电流限制阈值，立即关断输出级开关管。第26页/共137页输出级NCP3063、NCP3064的输出级是由两级双极性晶体管复合而成的功率开关，耐压为40V，可以流过1.5A的最大电流。输出级开关管的发射极、集电极均有引出端，这样，既可以用于发射极输出方式也可以用集电极输出方式，这样不仅可以实现降压型，而且还可以实现升压型和反激式的电路拓扑，是一种应用最灵活的电路。第27页/共137页过热保护NCP3063、NCP3064具有过热保护功能，当结温上升到160时，立即关闭输出级开关管，使NCP3063、NCP3064工作在待机状态。当结温降低到150以下时开放输出级开关管，电路恢复工作。外部控制通断功能NCP3064具有外设通断控制端，当NCP3064通断控制端为VCC时电路正常工作，当通断控制端为低电位时，关闭输出级开关管，电路处于待机状态。第28页/共137页4.4 应用NCP3063、NCP3064实现高亮度（HB）LED驱动电路的设计与MC34063一样，也可以应用NCP3063、NCP3064实现降压型HB LED驱动电路，电路图与MC34063的一样，不同之处在于由于电流限制阈值电压从0.3V减小到0.2V，检测电阻应对应的减小到MC34063电路的2/3；NCP3063的管脚8为空脚，可以像MC34063那样与管脚7连接或空置，也就是说NCP3063与MC34063共用电路板图。但是NCP3064的管脚8用来控制电路的工作于待机状态的，必须有独立的功能端和相应的电路，这时的NCP3064的电路板不能用MC34063的电路板。如果放弃通断控制端的功能时，NCP3064可以与MC34063共用电路板。第29页/共137页降压型HB LED驱动电路设计 应用NCP3063构成的单只HB LED驱动电路第30页/共137页应用NCP3063构成的单只HB LED驱动电路元件明细表元件明细表 元件名称元件名称元件参数元件参数元件名元件名称称元件参数元件参数L20147H，Isat1.5AR2010.24，0.5WVD2011A/40V肖特基二极管肖特基二极管R2022.4kC202220F/50V低低ESRR2035.1kC2032.2nF陶瓷电容器陶瓷电容器（C0G）C201100nF陶瓷电容器陶瓷电容器（X7R）C205470F/25V低低ESRC206100nF陶瓷电容器陶瓷电容器（X7R）第31页/共137页升压型HB LED驱动电路设计应用NCP3063实现升压型HB LED驱动电路 第32页/共137页这个电路的输出电流为350mA，可以驱动不多于8个HB LED。电路的基本设计思路是，充分利用NCP3063的性能，用12V直流电源驱动HB LED。电路选择最常见的元器件，以减少由于元器件的问题带来的麻烦，如输入电流检测电阻为0.15，为了容易购买到，选择了6只1电阻并联的方式得到0.15的电阻值（R311R316）；输出电流检测电阻用两只常见的1.8电阻串联，而没有用不大常见的3.6电阻。第33页/共137页NCP3063的最大输出级开关管的电流由电阻R311R316并联决定：这个电流接近NCP3063的最大电流。输出电流由R3071和R3073决定：输出电压限制由VD302决定：这个数值接近NCP3063的40V最大电压值。第34页/共137页不同的HB LED串联数与输出电压的关系 HB LED串联串联数数25时时HB LED串联的正向电压（串联的正向电压（V）最小值最小值典型值典型值最大值最大值411.1613.6815.96616.7420.5223.94822.3227.3631.92第35页/共137页元件的选择电路中：电感L301的额定电流为1.5A；提升二极管为1A/40V肖特基二极管，可以选择如MBR140等户和要求的其他型号；输出电压检测稳压二极管选择图中标定的信号或36V/0.5W或36V/1W满足要求的其他型号稳压二极管；电解电容器最好选择低ESR电解电容器，如果选择普通用途电解电容器则组要再并联10F的陶瓷贴片电容器，以确保电源旁路和输出滤波效果；定时电容器C303需要选择薄膜电容器或介质为C0G的一类陶瓷介质的陶瓷电容器，以确保振荡频率的稳定性。其他元件没有特殊要求。第36页/共137页升降压型HB LED驱动电路设计升降压型HB LED驱动电路可以是反激式变换器，也可以是SEPIC变换器。第37页/共137页1用反激式变换器驱动HB LED这是一款936V输入，恒电流输出的HB LED驱动电路，采用反激式变换器，由于基本型反激式变换器的输出电压与输入电压极性相反，会带来很多麻烦，因此需要将基本反激式变换器演化成可以输出正电压的变换器。由于反激式变换器的输入电流不能反映输出电流，因此采用NCP3063还需要解决输出电流检测问题。反激式变换器还有一个必须注意的问题就是必须有输出电压反馈，否则一旦使出开路就会产生非常高的电压导致电路的烧毁。第38页/共137页可以输出正电压的反激式变换器电路及工作状态分析 第39页/共137页开关管VT1、VT2同时导通或关断。在VT1、VT2 导通期间电源+Vin通过VT1、VT2向电感提供电能，电感将电能转换为磁储能，这时电感电流增加。由于二极管VD1、VD2阳极反向电压不能导通，输出电压有输出端的支撑电容器维持，输出端支撑电容器向负载供电；一旦开关管VT1、VT2关断，电感电流需要通过二极管VD1、VD2续流，其电流方向从输入负端指向二极管VD2的阴极，很显然二极管阴极作为输出其输出电压极性必然是正极性。在这期间电感向负载和输出端支撑电容器提供电能，这个电能是由电感存储的磁储能转换而成，多于负载功率部分由输出端支撑电容器吸收，以补偿开关管导通期间的电荷损失。第40页/共137页从电路的工作过程和电磁能量转换关系可以得知，图4.10是一种反激式变换器。既然是反激式变换器，输入输出电压关系符合基本型反激式变换器的输入输出电压关系。在如上电路基础上可以得到可以升降压得HB LED驱动电路，如果HB LED的工作电流比较大，如300mA以上，由于反激式变换器的特点，开关古纳的工作电流可能会超过NCP3063的最大电流，因此需要外接晶体管来承担开关电流；第二个问题是，驱动选择什么样的晶体管和晶体管的驱动问题；第三个问题是输出电流的检测问题。这些问题可以在如下电路中获得解决 第41页/共137页反激式变换器构成的HB LED驱动电路 第42页/共137页图中电路的输入电压为936V，输出电压12V可驱动3个HB LED，如需要驱动更多的HB LED需要修改VD4参数。第43页/共137页4.5 NCP3063、NCP3064的改进型NCP3065、NCP3066MC34063、NCO3063、NCO3064作为HB LED驱动电路是完全可以满足要求的。但是在实现HB LED驱动过程中可能会因为电源电压与HB LED工作电压的相互关系使得单纯的降压型、升压型变换器电路拓扑不能适用，需要选用输出端电流检测技术，这需要芯片中的电流比较器以外的另一个比较器，在MC34063、NCO3063、NCO3064芯片内部的电流比较器之外的另一个比较器的同相端的偏置电压为1.25V，这个电压对于输出电压反馈是很适合的，但是用在输出电流反馈则显得电压比较高。如果能够将这个电压降低到0.3V甚至更低就是一个比较理想的解决方案，这就是ON Semi公司在NCO3063、NCO3064基础上推出的NCP3065和NCP3066。第44页/共137页NCP3065和NCP3066原理框图 第45页/共137页NCP3065、NCP3066封装形式 第46页/共137页NCP3065和NCP3066与MC34063的主要不同之处是：内部电路将驱动晶体管和输出晶体管的集电极连接在一起，在管脚1引出；电流检测阈值电压从0.3V降低到0.2V；比较器反相同相端的内置基准电压由1.25V降低为0.235V；NCP3066的管脚8为通/断控制，用外设控制电平控制变换器的工作或停止。NCP3065和NCP3066的性能参数出了输出反馈的基准电压不同外，其余参数与NCP3063和NCP3064相同。第47页/共137页4.6 应用NCP3065、NCP3066的高亮度（HB）LED驱动电路NCP3065的降压型HB LED驱动电路 第48页/共137页RS为开关管限流电阻，这个电阻的电阻值的取值依据为：CT为定时电容器，应选用C0G介质陶瓷电容器，不能选用X7R、Y5V、Z5U等II类陶瓷介质电容器，以确保振荡频率的温度稳定性；Cin为输入旁路电容器；Cout为输出滤波电容器；VD为续流二极管；L为输出滤波电感；控制芯片为NCP3065；负载为高亮度LED；Rsense为输出电流检测电阻，其取值依据为：第49页/共137页输入电压范围为537V，对应的输出电压为432V，在最低输入电压时仅能驱动一个HB LED，在最高输入电压时可以勉强驱动8只HB LED，这时的输入旁路电容器和输出滤波电容器的耐压需要选用50V。如果采用12V电压等级的蓄电池，可以驱动3只HB LED。由于是江夏行变换器电路，在没有输出电压反馈状态下及时负载开路也不会造成不可容忍的过电压，使元件损坏，因此可以不加输出电压反馈。很显然，NCP3065构成的HB LED驱动电路自身不能实现外设开机/关机功能，需要附加电路实现，这样电路变得复杂。NCP3066自身带有开机/关机功能，可以方便的实现外设开机/关机设置。第50页/共137页NCP3066的降压型HB LED驱动电路 第51页/共137页电路的评估板的元件排布图 第52页/共137页电路的PCB图 第53页/共137页电路实物 第54页/共137页电源电压调整率 第55页/共137页电源电压与效率的关系 第56页/共137页电路驱动一只100mA的HB LED时电源电压对输出电流的影响比较小；驱动350mA的HB LED时，输出电流随电源电压的增长而增加（从8V35变化约10%）；驱动一只HB LED的效率低于驱动两只HB LED的效率。不仅如此,在效率达到最大值后，随着电源电压的继续增长，电路的效率反而降低，这可以用随着电源电压的增长，开关管的占空比随之降低，续流二极管导电时间变长，在低输出电压时，续流二极管的导通电压将所产生损耗相将增加，这时电源电压增长效率下降的原因；驱动两只HB LED输出电压加倍，续流二极管的导通电压降所占的比例降低，使得效率增加。第57页/共137页测试数据 测试项目测试项目测试条件测试条件结果结果电源电压变化的电源电压变化的影响影响Vin=8V20V，Vout=3.2V，Iout=350mA19mA输出纹波电流输出纹波电流Vin=8V20V，Vout=3.2V，Iout=350mA32mA效率效率Vin=12V，Vout=3.2V，Iout=350mA62%第58页/共137页用外接开关管的HB LED驱动电路可以看到，前面电路的效率相对比较低，其主要原因有NCP3066的输出级为两级达林顿晶体管连接形式，其导通电压至少为1.5V，要比单级双极晶体管高近1V，如果能够设法将这部分电压降消化掉，则电路的效率可以有明显的提高；其二，续流二极管的导通电压也不容忽视，如果需要消除这部分电压，必须采用同步整流器的电路形式及控制方式，这样电路会变得复杂并且成本明显增加，在应用NCP3066时通常不会采用同步整流器；其三是检测电阻电压降产生的损耗，为了使电路尽可能简单，这部分损耗通常不得不付出。通过以上分析，提高前面电路效率的唯一可行的方法就是外加开关管，以消除NCP3066内部开关管的损耗。为了尽可能的降低开关管的导通电压，需要选择MOSFET，为了方便驱动应选择P沟道MOSFET。第59页/共137页采用外接MOSFET的NCP3065的HB LED驱动电路 第60页/共137页图4.21电路的元件明细 C1，C40.1F，0805封装陶瓷贴片封装陶瓷贴片电容器电容器VT5MMBT3904LT1G，SOT23C2220220F，50V，铝电解电容，铝电解电容器器R1100m，0.5WC31.8nF，0805封装陶瓷贴片封装陶瓷贴片电容器电容器R815k，0805C5100PF，0805封装陶瓷贴片封装陶瓷贴片电容器电容器R910k，0805VD11A/40V肖特基二极管肖特基二极管R10，R151k，0805VD2二极管，二极管，MMSD4148R111.2k，0805L1470H，1.5AR12输出电流检测电阻，输出电流检测电阻，1%，1206VF4NFT2955，P沟道沟道MOSFET，SOT223U1NCP3065，SOIC第61页/共137页测试结果 测试项目测试项目测试条件测试条件结果结果电源电压变化的电源电压变化的影响影响Vin=9V35V，Vout=3.2V，Iout=350mA12mA负载效应负载效应Vin=12V，Vout=38V，Iout=350mA13mA输出纹波电流输出纹波电流Vin=8V20V，Vout=3.2V，Iout=350mA15%IO效率效率Vin=12V，Vout=38V，Iout=350mA75%很显然，通过采用外接开关管，可以将电路的效率从62%提升到75%。第62页/共137页输出电流700mA时无输出滤波电容器的输出电压与效率的关系 第63页/共137页输出电流350mA时输出滤波电容器100F的输出电压与效率的关系 第64页/共137页输出电流700mA时输出滤波电容器100F的输出电压与效率的关系 第65页/共137页可以看到有输出滤波电容器时的电路效率高于无输出滤波电容器时的电路效率，表明输出滤波电容器在HB LED驱动电路中还是有积极作用的。同样，将外接开关管用于由NCP3066控制的HB LED驱动电路同样有效，电路如下图。元件明细表如上表。表中的元件均为国外厂商产品。在实现时，除了NCP3066只有ON Semi公司生产外，其它元件有很多厂商生产，可以应用国内可以购买到的相同参数的元件代用，不会影响电路的性能。由于工作温度范围不大，表中的陶瓷电容器的介质可以选用比较便宜的II类陶瓷介质X5R（温度范围-55+85），不必非选用X7R（-55+125），更没有必要采用I类陶瓷C0G介质。输入旁路电容器和输出滤波电容器均需要选用低ESR电解电容器，如果买不到的话，可以将于电解电容器并联的陶瓷电容器的电容量增加到2.2F 甚至10F缓解电解电容器的性能不足。第66页/共137页采用NCP3066的HB LED驱动电路 第67页/共137页电路的元件明细表 元件序号数量元件类型参数精度封装制造商制造商型号R1R94电阻0.15R1%1206SusumuRL1632R-R150-FR101电阻10k1%1206RohmMCR18EZHF1002R11，R152电阻1k1%1206RohmMCR18EZPF1001R12NU电阻12k1%1206RohmMCR18EZHF1202R161电阻0.68R5%1210Panasonic-ECGERJ-14RQJR68UR17电阻0.33R5%1210Panasonic-ECGERJ-14RQJR33UR191电阻1k5%1210Panasonic-ECGERJ-14YJ102U第68页/共137页C11电解电容器电解电容器220F/35V20%10 x12.5PanasonicEEUFC1V221C2;C72陶瓷电容器陶瓷电容器100nF10%1206KemetC1206C104K5RACTUC51陶瓷电容器陶瓷电容器1.8nF10%1206KemetC1206C182K5RACTUC81电解电容器电解电容器150F/16V20%F8SANYO16SP150MC91陶瓷电容器陶瓷电容器100pF10%1206Vishay/VitramonVJ1206Y101KXEAT5ZC101陶瓷电容器陶瓷电容器2.2nF10%1206KemetC1206C222K5RACTU第69页/共137页Q11Power MOSFET25A,-30VNTD25P03L-DPAKON SemiconductorNTD25P03LQ21Switching NPNTransistorMMBT489LT1G-SOT-23ON SemiconductorMMBT489LT1GD21 1A,30V 肖肖特基二极管特基二极管MBR130T1G-SOD123ON SemiconductorMBR130T1GIC11开关稳压器开关稳压器NCP3066DR2G-SOIC-8ON SemiconductorNCP3066DR2GD11 3A,30V肖肖特基二极管特基二极管MBRS330T3G-SMCON SemiconductorMBRS330T3GL11电感电感47 H20%Wurth ElektronikWEPD4 74457147第70页/共137页为了元件容易购买，输入端的电流检测电阻选用了4只容易买到的1206封装、电阻值为0.15电阻，如果选用0.075电阻将很难买到。同样，输出电阻则选用了两只1210封装的0.33和0.68并联。第71页/共137页电路的电路板元件排布图 第72页/共137页电路的电路板顶层布线图 第73页/共137页电路的电路板底层布线图 第74页/共137页电路的电路板实物图 第75页/共137页输出电流为350mA条件下输入电压与效率的关系 第76页/共137页输出电流为3A条件下输入电压与效率的关系 第77页/共137页由于采用导通电阻非常低的MOSFET（导通电阻不到80m），使得其导通电压降很低（输出电流为3A时的开关管导通电压也不会超过0.3V），因此电路的效率非常高，驱动4只HB LED的最高效率可以超过85%，这是在不采用同步整流器的条件下比较难得的高效率。由于续流二极管的导通电压降的问题，随着电源电压的升高，开关管的导通占空比减小，续流二极管的导通时间变长。这时续流二极管导通电压的损耗就越来越明显，在电源电压和效率的关系上表现为随着电源电压的升高，电路的效率下降。同样，驱动两只HB LED的输出电压约为6.4V，驱动4只HB LED的输出电压约为12.8V，对应的续流二极管的电压降在输出电压中驱动4只HB LED要比驱动两只HB LED要大，因此驱动两只HB LED的效率低于驱动4只HB LED低。第78页/共137页输出电流特性与电输入电压的关系 第79页/共137页4.7 调光技术分析在HBLED驱动电路中，调节HB LED的亮度可以有多种多样的方法，除了调节输出电流改变输出电流外，自NCP3066控制的HB LED驱动电路中还可以采用控制ON/OFF端高电平的占空比来实现HB LED的调光。应用调节BHLED电流的方式固然能方便的调光。但是不容忽视的是现在的HB LED是用蓝光激励三基色荧光粉得到的“白光”，接下来的问题是随着HB LED的激励电流的变化，HB LED所发出的光会产生偏色，即显色性变差，显色性变差的程度随激励电流的偏离额定电流的程度增加。因此在HB LED调光技术中是不应该用通过调节电流的方法，应采用“脉冲宽度调制”的方法调节HB LED的“亮度”。其基本方法是：用一个信号幅度为5V、频率为300Hz的脉冲宽度可调的矩形波送ON/OFF端。通过改变控制信号的占空比控制NCP3066的工作与待机时间的比例，相对改变送到HB LED的平均功率。由于调制频率已经超过人眼的图像贮存时间，基本上不会感觉到闪烁现象。第80页/共137页调节ON/OFF端的占空比调节HB LED亮度的关系 第81页/共137页可以看到，控制信号的占空比在10%90%范围内，HB LED的功率（应该是光功率）随占空比线性变化。最后的问题是：尽管ON Semi公司的这一款评估电路的测试数据中称输入电源电压范围可以达到35V，但是从电路结构和电路特点看，图4.25电路无法工作在输入电压超过15V输入电压范围，因为开关管（NTD25P03L）的最大栅极连续电压为15V，远低于测试数据中的35V，而且NTD25P03L内部没有栅-源极过电压保护性能。因此从商品角度考虑这是不适合的，但是不否认试验电路具备这一性能，因为很多元器件的极限参数远高于烧毁元件的参数。甚至电路中的R19、C5网络多少能够吸收一些电压，但是通过计算这都不能成为在高输入电压下开关管栅极得到过电压保护的理由。为了保险起见应该在开关管的栅极-源极之间并接一个稳压二极管（如1N4740）对开关管的栅极-源极电压箝位，确保开关管在稿输入电压时不致烧毁。第82页/共137页开关管栅极-源极加过电压保护的电路 第83页/共137页4.8 升压型HBLED驱动电路用NCP3065/6构成的降压型变换器驱动HB LED的HB LED串联数有限，12V电压等级的蓄电池仅能驱动2只HB LED，要想驱动多只串联的HB LED必须提高输入电压，由于NCP3065/5的最高工作电压为40V，不能适应36V电压等级（最高电压43V）的蓄电池供电，采用24V电压等级（最低电压20V）蓄电池供电仅能带动4只HB LED。如果驱动8串的HB LED单元，采用NCP3065/6控制降压型变换器只是一个梦。其实即使不用NCP3065/6，只要是40V耐压技术实现的大多数LED驱动器，就很难逃脱不能驱动8串的HB LED串并且不能选用36V电压等级蓄电池作为供电电源。除非选用80V或更高耐压的LED驱动IC，如IRS2540（200V耐压），但是价格就不会是MC34063、NCP3065/6的价格。要想实现用廉价的NCP3065/6驱动8串的HB LED串，必须选用升压型HB LED驱动电路，这就是升压型变换器的HB LED驱动电路存在的原因。第84页/共137页用NCP3065构成的升压型HB LED驱动电路 第85页/共137页电路元件明细 元件元件序号序号元件名元件名称称型号或参型号或参数数封装封装元件序元件序号号元件名元件名称称参数参数封装封装C1电解电电解电容器容器100 F/50 VVT2小信号小信号晶体管晶体管BC817LT1GSOT23C2,C5陶瓷电陶瓷电容器容器100 nF1206R1电阻电阻150 m,0.5 W0805C3电解电电解电容器容器220 F/50 VR8电阻电阻1 kC4陶瓷电陶瓷电容器容器2.2 nF0805R9电阻电阻输出电输出电流检测流检测电阻电阻1206VD1肖特基肖特基二极管二极管MBRS140LT3GR10电阻电阻1.2 k0805VD2稳压二稳压二极管极管MMSZ36VT1GU1ICNCP3065SOIC8L1电感电感100 H第86页/共137页测试结果 测试项目测试项目测试条件测试条件测试结果测试结果电源调整率电源调整率Vin=10 V to 20 V,Vo=22 V,IOAVG=350 mA25 mA输出纹波输出纹波Vin=8 V to 20 V,Vo=22 V,IOAVG=350 mA50 mA效率效率Vin=10 to 20 V,IOAVG=350 mA 83%第87页/共137页用NCP3066构成的升压型HB LED驱动电路 第88页/共137页电路元件明细 元件元件序号序号数数量量元件类型元件类型参数参数精精度度封装封装制造商制造商制造商型号制造商型号R11电阻电阻0.15R1%1206SusumuRL1632R-R150-FR2;R4电阻电阻100R1%1206Vishay/DaleCRCW1206100RFKEAR31电阻电阻1k1%1206RohmMCR18EZPF1001R51电阻电阻0.68R5%1210Panasonic-ECGERJ-14RQJR68UR61电阻电阻10k1%1206RohmMCR18EZHF1002C11电解电容器电解电容器180_F20%F8SANYO16SVPS180M第89页/共137页C21陶瓷电容器陶瓷电容器100nF10%1206KemetC1206C104K5RACTUC31陶瓷电容器陶瓷电容器2.2nF10%1206KemetC1206C222K5RACTUC4,C5,C63Y5V介质陶瓷电介质陶瓷电容器容器100F20%1210TDKC4532Y5V1A107ZC101陶瓷电容器陶瓷电容器2.2nF10%1206KemetC1206C222K5RACTUIC11ICNCP3066DR2GSOIC-8ON SemiconductNCP3066DR2GD11肖特基二极管肖特基二极管MBRS1540T3GSMBON SemiconducMBRS1540T3GD21稳压二极管稳压二极管BZX84B18VLT1GSOT-23ON SemiconductBZX84B18VLT1GL11电感电感100_H20%CoilcraftDO3316P-104MLB第90页/共137页电路的电路板的元件排布图 第91页/共137页电路的电路板的焊盘与布线图 第92页/共137页评估电路实物 第93页/共137页输入电压与电路效率的关系 第94页/共137页从图中可以看到，随着输入电压的提高，电路效率随之提高，最高效率可以接近90%，这对于达林顿晶体管作为开关管、用肖特基二极管作为续流二极管的功率变换器的效率是非常高的。如果选用MOSFET作为开关管，则效率还会有所提高，最好时可以超过90%。由于NCP3066输出级开关管的作高工作电压为40V，最大输出电压可以达到36V甚至更高，可以满足驱动8只HB LED的25.6V32V的电压需求。如果需要调光，可以采用在ON/OFF端施加300Hz脉冲宽度可以调制的矩形波，通过改变占空比实现HB LED功率的调节。第95页/共137页8只150mA工作电流的HB L