交流供电的白色LED驱动器HV9921／22

　　本文介绍SuperIex公司最近开发的可用市电供电的开关型LED灯驱动器HV9921／22，它不仅可驱动白色LED串组成的小功率照明灯，也适用于驱动各种彩色LED串组成的装饰灯。

　　主要特点

　HV9921／22的主要特点：可直接采用交流市电(85—264V交流电)供电；可供多个串接的LED串以一定的电流供电；HV9921供串联LED的电压为20—50V，HV9922为20～30V；给串联的LED供电的电流是由器件内部设定的，HV9921为20mA，HV9922为50mA；外围元件少，印制板面积小，可以将它安装在灯头里，示意图如上图所示；转换效率与输入的交流电压有关，一般可达70％～80％，关系曲线如下图所示；内部有耐压500V的功率MOSFET；小尺寸三端器件，有TO-92封装及sOT-89封装；工作温度范围-40～+85℃。

　　HV9921／22也可以用直流电压供电，其电压范围是20-400V。

　　管脚排列

　　HV9921／22两种封装的管脚排列如上图所示。1脚(DRAIN)是内部开关管的漏概2脚(GND)是公共地3脚(Vdd)是内部稳压电源的输出端，它给器件内部控制电路供电(典型值是7．5v)，此端外接一个0．1μF低阻抗电容器。

　　内部结构与工作原理

　　HV9921／22的内部结构框图及外部元器件的连接图如上图所示。它由供内部电路用的7．5V稳压器、固定关断时间(ToFF)为10．5μs的单稳态电路、sR触发器、基准电压源(vREF)、电流捡测比较器、300ns(TBLANK)延时电路、电流反馈电阻R、MOSFET驱动器及功率MOSFET组成。

　　HV9921／22是一种PWM峰值电流控制器组成的降压式Dc／Dc变换器，可将市电直接整流、滤波后来驱动LED串。若输入220V市电，经全波整流及滤波后约300V高压直流作为工作电压。

　　当DRAIN端(1脚)加上约300V直流电压时，内部高压线性稳压器的输出电压Vdd上升，当未超过欠压阈值电压时，MOSFET(VT)不导通；当Vdd超过欠压阈值电压时，VT导通。稳压器的典型电压是7．5V(欠压阈值电压最小值是5V)。当VT导通时输人电流才流人DRAIN端。

　　输入电流经LED串、电感L1、开关管vT、电流检测电阻R到地，因在电路中有电感Ll，所以，输入电流是逐渐增大的，当电流到达内部设定的电流时，电流检测电阻R上的电压大于电流检测比较器反相端的VREF，电流检测比较器输出高电平，给sR触发器一个复位信号，Q其端输出低电平，经驱动器使vT截止；与此同时，Q输出高电平，使10．5μs单稳态电路启动，经10．5μs后，sR触发器被置位，vT导通，新的一个循环开始。300ns延迟电路是为防止由寄生电容引起的尖脉冲使电流检测比较器误触发。通过这种控制，使LED获得一定的平均电流。

　　在vT关断期间，电感L1上储存能量所产生的感应电势通过快速恢复二极管D1、LED串形成回路(如上图所示)，电感中能量被释放。

　　主要技术参数

　　HV9921／22的主要技术参觌内部稳压器输出电压Vdd为7．5V；功率MOSFET(VT)的Vbr(min)为．500V；HV9921的Rds(on)为110 Ω；HV9922的Rds(0n)为100Ω；输出电容Cdrain为1～5pF；饱和电流ISAt为150mA；HV9921电流检测比较器的阀值电流为20．5～25．5mA；HV9922为52～63mA；LED串的工作电压HV9921为20—50V，HV9922为20～30V；延迟时间Tblank为300ns；最小导通时间Ton(min)为650ns；关闭时问Toff为10．5μs；在25℃时，最大功耗为740mW(TO—92封装)、1600mW(SOT-89封装)。

　　典型应用电路

　　HV9921与HV9922应用电路是一样的，仅仅是它们的LED串的工作电压不同，流过LED的电流不同，在外围元件上仅Ll的取值不同。

　　HV9921的典型应用电路如上图所示。与工作原理图(图4)比较，上图中采用滤波效果更好的兀形滤波器，并增加了0．01μF的co，这可减小尖峰脉冲电流，在交流输入电路中增加瞬态二极管(D1)，起到过压保护作用，采用印制版细走线形成保险丝(F1)达到过流保护。

　　该电路主要性能如下：输入交流电压范围80—255V；负载电流20mA±15％；LED串工作电压20—50V；在120VAC时转换效率可达80％。

　　图中LED采用8个白色LED串接组成小功率照明灯，其印制版可装入灯头内(如图1)，印制版走线及元器件位置图如上图所示。

　　图HV9921的典型应用电路中，Cin及Cin2为聚酯薄膜电容，c0及Cdd为多层陶瓷电容。D1为快速恢复二极管，耐压600V，If=lA。

　　电感量L1的估算

　　电感器的电感量在选择时要折衷考虑其尺寸大小及允许的纹波电流大小。电感L1与输出纹波电流△Io成反比，L1=Vo×Toff／△Io，式中，vo是LED串的正向电压，Toff是VT关断时间(10．5μs)，△Io是纹波电流，△Io≈30％Io(10为流过LED的电流)。

　　例如，白色LED的Vf=4．1V(max)，则8个白色LED的Vo=8×4．1V=32．8V，Toff=10．5 μs，Io=20mA，△Io=30％×20mA=6mA，则 Ll为(32．8×10．5)／6=5 7．4 m H，取标准值电感器，L1=68mH。

　　在选择电感时，应选择其电容小的电感(CL)，它影响尖峰脉冲的宽度；并要求饱和电流大于20mA。在图6中，L1选择68mH、饱和电流为36mA、可选用型号为RL-5480—3—68000的电感器。

　　这里要指出的是，图6的电路是不隔离的，组成的灯具要保证使用安全；在实验电路时要注意安全。另外，LED串必须连接可靠，若LED串连接不正常，可能损坏其它元器件。

　　从图2可以看出，这种电路较适用于110～120VAc供电，它可获80％左右的效率，若用220VAc供电，其效率约为70％左右。

　　另外要说明的是，本电路不能调光，若需要调光，需另增加可控硅调光电路。

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