摘 要 ：iW3620是一种利 用先进的数 字控制技术和在峰值 电流型 PWM反激式变换器 中利用初级 侧控制技 术的高性能 AC／DC离线式 LED驱动器。文 中介绍 了iW3620的功能特点和基 于 iW3620 的 AC／DC离线式 LED照 明 电源的设 计 。

关键词 ：iW3620；数 字控制器；PWM／PFM；初级侧反馈 ；准谐振 ；LED驱动器

iW3620是 iWA，ITI1公 司推 出 的数 字 PWM 控 制 器 系 列 IC中 的一 种代 表性 器件 。iW3620芯 片上 的 数 字 逻辑控 制 内核 根据 AC线 路 电压 和输 出 电压 反 馈信号 ，产生开通与关断时间信息并提供命令来 控 制 外 部 功率 MOSFET的 电流 。iW3620利 用 专 门 的 初 级 侧控 制 技术 ，消 除 了传 统设 计 中的光 电耦 合 器 和次级侧调整电路。iW3620在高功率电平上工作在 PWM 模 式 或 临界 不 连续 模 式 (CDCM)，在轻 载 时则 切 换 到脉 冲频率 调制 模式 (PFM)。iW3620在准 谐振 和谷值开关下操作 ．有着最小的功耗 ，满足 EPA2．0 等能效规范。iW3620内部通过数字误差放大器对 系 统 环路 进行 补 偿 ，无需 外 加任 何 补偿 元 件 。iW3620 收稿 日期 ：2011—08—11 在应用 中无需次级侧检测和控制 电路 ．则可以获得 精密 的次级 侧 恒 流 (cc)操作 。iW3620提 供输 出过 电压 、输 出短 路 、AC线 路欠 电压 和过 电流保 护 以及 软启动等 。iW3620利用一个先进 的数字算法大大缩 短 了系统 设计 时 间并提 高 了系统 可靠 性 。

1 iW3620的主要功 能与特点

iW3620芯 片集 成 了 A／D转 换 器 、D／A转 换 器 、 数字逻辑控制单元、反馈信号调节电路、关 闭控制电 路 、DC总线 电压 检测 电路 、过 电流保 护 与逐周 期 峰 值 电流限制 以及 MOS栅极驱动器等 ．其内部结构框 图及 各个 引脚 (8引脚 SOIC封装 )功能如 图 1所示 。

iW3620适用 于 85～264Vac的全 球 通用 线 路 输入 。适合 用作 设 计 电流 型 PWM 反 激 式 电源 ．其 主要 功 能与特 点 如下所 述 。

(1)iW3620内置软 启 动 电路 ，启 动 电流典 型值 为 l2 A，Vce引 脚 启 动 门 限电 压 为 12V，欠 电压 关 闭 门限为 6V。Vet工作 电流 为 3．5mA。Vet最 大 电压是 16V。

(2)iW3620在 反 激 式 变 换 器 中采 用初 级 侧 反 馈 ，从 而消除了传统设计中的光电耦合器和次级侧 调 节 电路 。iW3620内置输 出恒流控 制 电路 ，精 密 的 恒流调节适合驱动 LED。iW3620也提供恒压(CV) 模 式 操作 。

(3)iW3620在 恒 流 (CC)模 式 采用 谷 值 模 式 开 关 ，从 而具 有最 低 的开关 损 耗 和 EMI。为 了 限制 开 关频率范 围 (30～130kHz)，当开关频率 过高时 ， iW3620可 以跳越谷 值 。

(4)当输 出电流 达到最 大 负载 电流 的 10％以上 时 ，iW3620在定 频 PWM 模 式 操作 。当输 出电流 减 小 到 正 常负 载 电 流 的 1O％ 以下 时 ，iW3620则 过 渡 到 PFM 操 作 。 事 实上 ，iW3620的 开关 频 率 是 可 变 的 ，器件 允许 的 变压器 复位 时 间是 75 s。

(5)iW3620内置 一个 数字 误差 放 大器 ，无 需 外 部 环 路补 偿 元件 ，在所 有 工作 条 件下 均 可保 持 系 统 的稳定 性 。

(6)iW3620提供 输 出过 电压 保 护 (OVP)、峰 值 电流 限 制 (PCL)、过 电 流保 护 (OCP)、电流 感 测 电 阻 短 路保护 (SRSP)和 过温度 保护 (OTP)，并且 在 SD引脚 的外 部还可 以进 行关 闭控制 。

2 基于iw3620的AC／DC LED驱动 电源电路设计

(1)     电路 结 构

采 用 iW3620 的 离 线 式 AC／DCLED驱 动 电源 的电 路如 图 2所示 ，其 基 本

结 构 是 一种 反 激式 电路 拓扑 。

在 图 2中 ，FU 为保 险 丝 ， VD～VD 组成 桥式 整流 电路 。 ， 和 C、C 组 成输 入 滤 波 电路 ，尺 用 作 阻 尼 LC谐 振 振 荡 。 和 R。用 于 U (iW3620)启 动 和 输 入 电 压感 测 ，C 用 作 滤 除 在 U 引 脚 上 出 现 的 高 频 噪 声 。尺 、C 和 VD 组 成 RCD型 缓 冲电路 ，可将 开 关 VT 漏 极 上 的 电压钳 位 在 一个安 全 电平上 。VT 源 极 串联 电阻 R。用作 检测 初 级侧 电流 ，U。引脚 SD上 的 RT为 NTC热 敏 电阻 。 变 压器 T 偏 置 绕组 (匝数为 N )不仅 与 VD 、R 和 C 组 成 U 的偏 置 电源 ，而 且 还提 供 输 出反 馈信 号 。 VD 和 C 组 成输 出整 流滤 波 电路 ，尺。为 预 负载 。

电路 的启 动 过程 是 ：系统加 电后 ，DC总线 电压 经 R：、尺 和在 U 引脚 V 与 VCC之 间并 在 内部 连 接 的二极管对 V 电容 充 电 ，只要 V∞电压超过 l2V 的 门限 电平 ，U 则 启 动 。一旦 电路 开始 运行 ，U，引脚 Vcc则 由偏 置 电源供 电。

(2)     主要 元件参 数 的计 算与 选择

设 电路 的 AC输入 电压 UIN=85～364V ，线路 频 率． = 47～64Hz，额定 输 出

压 nTn=21V，最 大输 出电压 ％L兀1 =24V，，输 出纹波压 lYr(ri<100mV，额 定 输 出 电流 Io =0．5A，最 大 输 出 电 流 ，nU“ = 0．89A，效 率 r／=85％，据此 主要 元件 的选 择如 下 。                                                                       

1)        尺 与 R，的选择

iW3620对 于 输 入 电 压 的 衰 减 标 度 因 数 是 0．043，引脚 VIN内部 输 入

阻 抗 是 5kQ，于是 ( 2+ 尺，)的 电阻值 为 Rz+R3= 一 =丽5k12 —5k12=1． 16MQ (1)

选 择 (尺2+ 3)=1．12MQ，并 且 R2= 3=560kQ。

R：与 的 电阻值 越 小 ，电源 的启 动 时 间则 越 短 。(R+R，)值 影 响 iW3620的 · ( 为开 关导 通时间)限制 。在 PWM和 PFM两种模式下， 提供 的 · 限制值 分别 为 ( 。ToN)PWM=0-0043× 720 2 V 懈 ．~x + s 一o． 3× ) k 三，I1．1Z M 三+ k l = 697V·txs (2) ( ·ToN)PWM=0．0043× 135 2 V 。 R "~ 3+ s TN，In '-1-1L 1_ J -o．oo43× = 131V。 s (3)

(2)变压器 T。参数的计算

① 匝数比计算

输 出二极管 VD 为 肖特基型 ，其正 向电压 降 典 型值 为 0．5V。根 据 iW3620的 应用指 南 ，次级 输 出 电压 叮应 留出一定 裕 量 ，其 值 为 lUF 110％ x uIh + = 110％~21V+0．5V=23．6V (4)

在 PFM 模 式 ，变 压 器 的 最 小 可检 测 复位 时 间 H n1设 置 在 1．5 s，变 压器 在 初 级 与次 级 之 间最 大可允许 匝数 比 利用公式 (5)计算 = (URN．To × r&~M = =3．7 (5)

 在本设 计 中 ，匝数 比 Ⅳm选择 2．5。

②磁化电感计算

iW3620在 谷 值 模 式 开 关 定 时 图如 图 3所 示 。 是 电压谐振周期 ，其值约为 2I,ZS。

iW3620对 于 满 载 和最 低输 入 电压 时 的谷 值 模 式 开关 ，为 获 得 最 大 操作 · ，即 ( · )一 ，要 求满 足下 式确 定 的约束 条件 > 1 1U K n Z +TREs = 9．1txs+2Ixs=l1．1Ixs (6)

根 据公式 (6)计算 的结 果 (m．x)<(1／11．1tZS)=> 90kHz，司 以选 掸 =85kHz。( · )一 值利 用公 式 (7)来计 算 (UIN")一= ×( + 1 )] (7)

选 取 最 低 输 入 DC 电压 1=80V，并 将 fSW(m~=85kHz、Ⅳ =2．5和 Uoer=23．6V代入公式 (7)， 计算 结果 是 ( N· ) 399V·S。

设 变压 器 的效 率 r／~87％ ，最大 输 入功 率 尸T『 则 为 ‰ = = I． ／ ／ _l3．6W (8)

最 大磁 化 电感值 LⅫ 为 = ： 2： 堕 ：0． 497mH (9)

Lm的 最 小 值 受 到 最 大 可 允 许 初 级 电流 限制 。 iW3620引 脚 上 的 峰 值 电流 限制 门 限 为 1V， 若 电流 检测 电阻 R-o=1．1Q，初 级侧 峰 值 电流 ／vea~= 1V／11．112=0．91A。L 的最小值为 Lr 2×P1T 2x13．6W 85kHzx(0．91A1=0．387mH (10)

对 于本设 计 ，选择 LM=0．438mH。

③计算初级绕组匝数

当选 择 RM6磁 心 时 ，其 最 大 磁 通 密 度 B一= 320mT，磁 心 面积 A=35mm 。变压 器初 级绕组 匝数 Ⅳ嘲利 用公 式 (11)计 算 ⅣPRl≥ = 39 mT 9 ×35 V"Ixs = 36匝 (11)

在本 设计 中 ，选择 Nwa=75匝。

④计算次级绕组匝数

由于变 压器初 级 与次 级绕 组 匝数 比 Ⅳ讯=2．5，因 此 次级 绕组 匝数 Ⅳ卿 为 = -30匝 (12)

⑤计算偏置绕组匝数

偏置电源中整流二极管 VD 正 向压降 选取 0．5V，V 电压选 取 1lV，偏 置绕组 匝数 Ⅳ 为 20 U OUr ： Q堕 ( ±： )：l5匝 (13) 23．6 V … 、～

(3)     iW3620引脚 s眦 上 电 阻 R4和 R5选择

T偏置绕组上的电压是输 出电压反射后的“复 制 品 ”，经 R 和 5采 样输 入 到U

引 脚 VSENSE，以执 行 输 出 电压 调节 。U 引脚 sEN姐上 的 电压 ‰ 出 为 1．538V，R 与 R5可 按照 公式 (14)计 算 丽R4+5R5)×ⅣsEc= 【『r 23．6V =0．065 (14)

若选 择 R=20k12，由于 ⅣI =15匝 ，锄=30匝 ， 根据 (14)可得 ：尺5=3k12。

(4)电流感 测 电阻选择

初 级 电流感测 电阻 尺。利 用公式 (15)来计 算 = ×0．87_1．08Q (15)

选 择 Ro=1．1Q。当选 择 Ro=1．1Q 时 ，初 级最 大 峰值 电流 为 Im~=lV/

1．112=0．91A。

(5)输入 大容 量 电容 器 选择

输 入 电容 C 必 须 能保 持 足 够 的输 入 功 率 以保 证输 出功率 恒定 。c2的

电容量 可 利用 公 式 (16)计 算 ： r 一 2~PIN[0．25+_2~_~arcsin(， U1NDC … (nin) ， 1 ． 一 — rf 一 — — (16) 式 中 ： 为输 入 功率 ， =( oUr×，0m ) =(23．6Vx 0．5A)／IO．85=13．88W ：

为 最低 AC输 入 电压 ，其 值 为 8．5V；

 眦 为 最低 DC母 线 电压 ，其 值 为 8OV；

㈣ 为最低 AC线路频 率 n)=47Hz。

将这些数据代入公式(16)。

C2= 2．ssw[0．25+-2~-xarcsin( )] [2~(85V)：-(80V)2]x47Hz = 22IxF C2实际选择 47txF／400V的电解 电容器 。

(6)输 出电容器选择

输 出 电容 影 响稳 态 下 的输 出 纹 波 和 电源 的 动 态响 应 。

次级 峰值 电流 ，sE 为 ，s陬Plq：一 一 = ×2．5×0．87_1．98A (17)

当次 级侧 电流 低 于输 出电 流时 ，输 出 电容器 向 负载提供电流 ，输出电荷利

用公式 (18)计算 = 2x252x0堕87x236V _3．74txC(18)

稳 态 下 为保 证 输 出纹 波 呱 ≤100mV，则 要 求 输 出 电容 C 的电容 量 为

在本设计 中，选择 C8=470la,F。 (7)NTC热敏 电阻选择 iW3620引 脚 SD 上 的 NTC热 敏 电 阻 RT用 于 过温 度 保护 (OTC)。SD引脚 在每 4个 周期 中流 出 107 A 的电流 ，sD。如果 在引脚 SD上 的 电压 在正 常 操 作 期 间超 过 =lV，在启 动 期 间超 过 = 1．2V，OTP将被 触发 。RT选择 应满 足下 式 ： ㈣ =1．2V R = 11．9Q (23) 在本 设计 中 ，选 取 RT=20kQ。 如 果 在 R 上 串 联 一 个 电 阻 ，RT 电 阻值 可 减 小 。U 的 SD引脚经适 当配置还可以提供过 电压保 护 (OVP)，或 同时执行 OTP和 OVP关闭 控制 。 C8≥ = _37 (19) 3 躲 语 在 动态 条件 F，要 求输 出电答 ㈣ 为 c 一-IouT(n — om)XrP(n1)一 (2O) 式 中 ： )为 无载 时 的最大 周期 ；

为 在动 态 响应期 间可 允许 的 电压 降 ； 为在 I，一 信 号 足够 低 之前 到寄

存 器 的一 个 动态 过渡 电压 降 。 设 在无 载时 的 电源效 率 r／．1=50％， 1)则 为 = 一 20 ． kf~x(131V． ． 1xs v 2x0438mH~(236)2 ×0．5=352 s (21) ． ． V1 … … — … 根据公式(22)计算 ： ( ㈣ 一1·48v)x V=ouT =(1．538V-1．48v)x ：0．89V (22) 设 UDyn=2V，将有 关数 据代 人公 式 (20)，得 c乙8(Dyn)=一苦_ = ’

在本设计 中，选择 C8=470la,F。

(7)NTC热敏 电阻选择

iW3620引 脚 SD 上 的 NTC热 敏 电 阻 RT用 于 过温 度 保护 (OTC)。SD引脚 在每 4个 周期 中流 出 107 A 的电流 ，sD。如果 在引脚 SD上 的 电压 在正 常 操 作 期 间超 过 =lV，在启 动 期 间超 过 = 1．2V，OTP将被 触发 。RT选择 应满 足下 式 ： ㈣ =1．2V R = 11．9Q (23)

在本 设计 中 ，选 取 RT=20kQ。

如 果 在 R 上 串 联 一 个 电 阻 ，RT 电 阻值 可 减 小 。U 的 SD引脚经适 当配置还可以提供过 电压保 护 (OVP)，或 同时执行 OTP和 OVP关闭 控制 。

3 结束 语

基 于 数 字 PWM 电 流 型 控 制 器 iW362O的 AC／ DC离线 式反 激 型 LED驱 动 电源 ，采 用初 级 侧反 馈 ． 消除 了传统设计 中的光耦合器和次级侧调节 电路 。 也 无需 外部 环路 补偿 。采用 图 2所 示 的 电路并按 上 述设计选择元件 ，可 以实现输 出恒 流控制 ，效率达 85％。输 出纹 波 电压 不超 过 100mV．并 提供 多 方 面 的保 护。