国半可控硅调光方案--LM3445

LED的调光原理分析与设计实例2.1 如何实现PWM调光具体实现PWM调光的方法就是在LED的负载中串入一个MOS开关管（图8），这串LED的阳极用一个恒流源供电。

图8. 用PWM信号快速通断LED串然后用一个PWM信号加到MOS管的栅极，以快速地开关这串LED。

从而实现调光。

也有不少恒流芯片本身就带一个PWM的接口，可以直接接受PWM信号，再输出控制MOS开关管。

那么这种PWM调光方法有那些优缺点呢？2.2脉宽调制调光的优点1．不会产生任何色谱偏移。

因为LED始终工作在满幅度电流和0之间。

2．可以有极高的调光精确度。

因为脉冲波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易实现万分之一的精度。

3．可以和数字控制技术相结合来进行控制。

因为任何数字都可以很容易变换成为一个PWM信号。

4．即使在很大范围内调光，也不会发生闪烁现象。

因为不会改变恒流源的工作条件（升压比或降压比），更不可能发生过热等问题。

2.3 脉宽调光要注意的问题1．脉冲频率的选择因为LED 是处于快速开关状态，假如工作频率很低，人眼就会感到闪烁。

为了充分利用人眼的视觉残留现象，它的工作频率应当高于100Hz，最好为200Hz。

2．消除调光引起的啸声：虽然200Hz 以上人眼无法察觉，可是一直到20kHz 却都是人耳听觉的范围。

这时候就有可能会听到丝丝的声音。

解决这个问题有两种方法，一是把开关频率提高到20kHz 以上，跳出人耳听觉的范围。

但是频率过高也会引起一些问题，因为各种寄生参数的影响，会使脉冲波形（前后沿）产生畸变。

这就降低了调光的精确度。

另一种方法是找出发声的器件而加以处理。

实际上，主要的发声器件是输出端的陶瓷电容，因为陶瓷电容通常都是由高介电常数的陶瓷所做成，这类陶瓷都具有压电特性。

在200Hz 的脉冲作用下就会产生机械振动而发声。

解决的方法是采用钽电容来代替。

不过，高耐压的钽电容很难得到，而且价钱很贵，会增加一些成本。

第二部分采用交流电源的LED 调光三．用可控硅对LED 调光普通的白炽灯和卤素灯通常采用可控硅来调光。

║204LED照明驱动电源与灯具设计流后的线路电压转换为可以被LM3445引脚BLDR感测的一个电平。

15V的稳压二极管VD1强迫VT1远离（Stand-off）大部分已整流的线路电压。

由于VT1源极上没有连接电容，当整流的线路电压低于VD1的稳压电压时，允许LM3445引脚BLDR上的电平随整流的线路电压升高和降低。

VD2和C5在LM3445引脚BLDR上的电压变低时用于保持引脚VCC上的电压，以保证LM3445正常工作。

电阻R5用于泄放在BLDR节点上的寄生电容电荷，同时当工作在小输出电流上时为调光器提供所需要的保持电流（I H）。

大多数TRIAC调光器仅需几毫安的电流就可以维持其导通。

R5的电阻值不会超过5kΩ，通常为1～5kΩ。

2．角度检测电路LM3445的角度检测电路利用一个带7.21V门限电压的比较器监视LM3445引脚BLDR 上的电压信号，来确定TRIAC是导通还是关断。

比较器的输出经过一个4μs的延迟线滤除噪声驱动一个缓冲器，同时也控制LM3445引脚BLDR内部的泄流MOSFET。

在LM3445引脚ASNS上的输出摆幅为0～4V。

R1和C3组成一个低通滤波器，带宽为1Hz。

角度检测电路及其滤波器产生一个对应于TRIAC调光器占空比的DC电平，使LM3445能够在50Hz或者60Hz 的AC线路电压上很好的工作。

当LM3445引脚BLDR上的电压低于7.21V的门限电平时，泄流MOSFET导通。

在串联通路调整器上放置一个230Ω的负载（即MOSFET漏极串联电阻），这个附加负载对于TRIAC调光器延迟电路的正确操作是需要的。

当LM3445引脚BLDR上的电压高于7.21V时，230Ω的泄放电阻被移开，这样就可以提高效率。

3．调光译码器在LM3445引脚ASNS上的输出经R1和C3滤波通过引脚FLTR1驱动调光译码器。

斜坡（Ramp）比较器的同相输入端连接斜坡产生器产生5.85kHz、幅度为1～3V的锯齿波，LM3445引脚FLTR1上的输入与这个锯齿波相比较。

可调光固态照明：利用传统舍相调光器更有效地实现照明系统设计师几乎要对各种光源(除钨丝灯外)的灯具进行调光，一直以来，调光是都是极具挑战性的工作。

在许多应用中，调光都十分重要，因为调光技术可使客户根据实际需要设置所需的亮度，而且还能大幅节省电费。

目前最常见的调光控制器是舍相(phase-cut)调光器，无论所提及的设备中实际是否包含三端双向可控硅(TRIAC)器件,这类调光器通常都是指TRIAC调光器。

将舍相调光器与小型荧光灯以及现今的LED灯相连是一个高难度的设计挑战。

目前市面上的相关解决方案都不是很理想：一些方案的调光范围非常有限；有些方案甚至出现闪烁。

针对上述挑战，美国国家半导体、科锐(Cree)和艾睿电子联合发布了全新的解决方案，该方案可以使用传统的舍相调光器更有效地实现可调光固态照明。

 LED驱动电路 该解决方案通过使用美国国家半导体PowerWise LM3445 LED驱动器将90~135VRMS交流主电源输入（入墙式电源插座）转换为350mA直流恒定电流源，从而驱动高功率Cree白光LED。

在住宅、商用和工业建筑中，交流主电源通常经由标准入墙式调光器进行舍相或斩波，以削减LED的灯光输出。

如图1所示的电路设计可确保用户不会无意中接触电路中的高电压。

该电路未经隔离处理，这意味着从输入（交流主电源）至输出（LED灯具）是一条直流路径。

隔离的解决方案也就是电流隔离通常需要使用变压器。

两类方案各有利弊。

隔离的解决方案通常拥有较大的体积和较小效率，因为需要使用变压器，并且可能使用输出反馈的光电耦合器。

不过，通过在交流主电源和用户之间提供内置保护可以更容易地通过诸如UL60950这样的安全法规。

相反，无隔离的解决方案体积较小，因此更适合灯泡翻新应用所需的小尺寸，。

Lm3445驱动芯片资料LM3445一款自适应固定关断时间的AC/DC降压恒流控制器，具有调光用的TRIAC调光译码电路。

LM3445可以为大功率的LED提供恒定电流并且内置三端双向可控硅调光译码器。

因此可以利用标准的三端双向可控硅调光器执行调光对比极大的LED调光功能。

此外,该芯片采用可支持高频操作的架构,可与体积小巧的外置被动元件搭配使用.。

LM3445包含一个内置泄流器电路。

每当线路电压下跌至较低水平时,泄流器会容许电流继续流通,以便三端双向可控硅调光器可以继续正常运行。

该芯片内置的被动式功率因数校正电路可以在周期内的大部分时间直接从线路截取电流,为降压稳压器提供恒定的正电压,并确保最低的耗电量，LM3445芯片的优势还包括:过热停机、限流及欠压锁定等保护功能。

特点TRIAC调光译码电路■支持80V AC～270V AC的宽电压输入■可将输出电流调节至1A甚至更高■可调开关频率■低静态电流■可编程关断时间设置确保纹波电流恒定■热关断■无120Hz闪烁■ 10引脚Mini SOIC封装■正在申请注册专利的控制架构应用■传统可控硅调节电路■建筑物内外照明系统■工业和商业照明系统■住宅照明系统基本调光原理图将R1、R2及C1连接在一起的RC电路可以令TRIAC调光器延迟启动，直至C1的电压上升至触及交流二极管（diac）的触发点电压。

电位计的电阻越高（滑动指针越往下滑移），启动延迟时间便越长。

这样可缩短TRIAC调光器的“导通时间”或缩小其“导通角”（⊙）。

负载获得的平均供电变可减少。

a中显示了完整的正弦波输入电压，即使设置亮度为最大值，很少有调光器可以提供100% on-time i.e引脚FLTR1 引脚FLTR1引脚有两个作用，第一个过滤器的输入。

从ASNS输出的120Hz PWM信号滤波转换为一个直流信号，该直流信号通过与一个从1到3V时，频率为5.8KHz的三角波信号进行比较，产生一个更高频率，且占空比正比与可控硅调光器开启时间的PWM信号。

基于直流电源和交流电源的LED调光技术详解作者：茅于海作为一种光源，调光是很重要的。

不仅是为了在家居中得到一个更舒适的环境，在今天来说，减少不必要的电光线，以进一步实现节能减排的目的是更加重要的一件事。

而且对于LED光源来说，调光也是比其他荧光灯、节能灯、高压钠灯等更容易实现，所以更应该在各种类型的LED灯具中加上调光的功能。

第一部分采用直流电源LED的调光技术一．用调正向电流的方法来调亮度要改变LED的亮度，是很容易实现的。

首先想到的是改变它的驱动电流，因为LED的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。

图1中显示了Cree公司的XLampXP-G的输出相对光强和正向电流的关系。

图1. XLampXP-G的输出相对光强和正向电流的关系由图中可知，假如以350mA时的光输出作为100%，那么200mA时的光输出就大约是60%，100mA时大约是25%。

所以调电流可以很容易实现亮度的调节。

1.1 调节正向电流的方法调节LED的电流最简单的方法就是改变和LED负载串联的电流检测电阻（图2a），几乎所有DC-DC恒流芯片都有一个检测电流的接口，是检测到的电压和芯片内部的参考电压比较，来控制电流的恒定。

但是这个检测电阻的值通常很小，只有零点几欧，如果要在墙上装一个零点几欧的电位器来调节电流是不大可能的，因为引线电阻也会有零点几欧了。

所以有些芯片提供一个控制电压接口，改变输入的控制电压就可以改变其输出恒流值。

例如凌特公司的LT3478（图2b）只要改变R1和R2的比值，也可以改变其输出的恒流值。

（a）（b）图2. 输出恒流值的调节1.2 调正向电流会使色谱偏移然而用调正向电流的方法来调亮度会产生一个问题，那就是在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温。

因为目前白光LED都是用兰光LED激发黄色荧光粉而产生，当正向电流减小时，蓝光LED亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没有按比例减薄，从而使其光谱的主波长增长，具体实例如图3所示。

配合传统壁挂式调光器的高亮度LED驱动器
目前住宅、办公楼和工业及商用环境中的可调光照明系统大都采用传统的壁挂式TRIAC调光器来调节白炽灯、荧光灯、卤素灯或节能灯(CFL)，但由于这些发光体均需要高压启动，因此只需低压启动的高亮度LED就具有非常大的节能优势。

再加上LED的可靠性、坚固性、长寿命和环保性，LED
照明系统毫无疑问地已成为未来主流的发展趋势(图1)。

 传统壁挂式TRIAC调光器工作需要两个条件：维持电流和触发电平，普通爱迪生式灯具主要表现为阻性负载，直接配合TRIAC调光不会出现闪烁问题，而LED是非阻性负载，采用传统的AC-DC做驱动会出现120Hz闪烁问题，另外还会出现调光不够均匀等现象。

 NSC推出的LM3445在现有基础设施不改动的情况下能够将现有使用TRIAC调光器的传统照明系统快速低成本地升级到LED照明系统（图2）。

LM3445离线式LED驱动器解决方案适用于任何使用TRIAC(三端双向可控硅)壁挂式调光器的LED照明应用，其内置300Ω泄流电阻可确保TRIAC正常的工作(从而确保无闪烁调光)，LM3445 LED驱动器可将TRIAC的斩波信息解码，并转换成一个LED调光信号，从而提供宽范围的、稳定的亮度调整，是现有同类产品中性能最好的产品。

此外，LM3445采用被动式功率因数校正电路可以实现很高的转换效率，它的典型应用完全符合能源之星ENERGY STAR对功率因素的规范要求。

 LM3445主要特性：。

AC-DC 非隔离式LED驱动电路的设计一、简单阻容降压LED驱动电路电路是直接采用电容作为限流元件，在此电路中，由于电容上的分压几乎达到了全部电源电压，所以具有良好的限流特性，当电源电压在±10％波动时，输出电流也在≤±10％内波动，只要在设计中把LED 的额定值留有一定的裕量，就能保证在电源电压波动时LED 仍处于良好的工作状态。

由于电容的介质损耗极小，所以电路的损耗很小，电阻R 的作用是在断电时，保证电容上的电压能及时放掉，其阻值可≥3MΩ，每组串联的LED 中，可加有一个IN4007 二极管，当两组串联的LED 有一个内部开路时，另一组有可能被反向电压击穿，如串入一个IN4007 二极管，则可保护剩余的LED 不损坏，当然IN4007 的加入也使效率略有下降，（当输出电流30mA 时，IN4007 上的功耗约0.02W）。

对于一体化小夜灯，可省略IN4007，此时这一驱动电路效率≥90％。

用此驱动电路做成的LED 小夜灯，效率高于采用气体放电光源的小夜灯，并且使用寿命远大于采用其它光源的小夜灯。

此电路在30 个LED 串联时还能稳定工作。

但是此电路输出的光具有一定的频闪（在50Hz 时有100Hz 的频闪），不适用于运动物的照明场合，并且使用时LED 应做成不可触及，否则将影响安全。

注意﹐大部分应用电路中没有连接压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管﹐建议连接上﹐因压敏电阻或瞬变电压抑制晶体管能在电压突变瞬间( 如雷电﹑大用电设备起动等 )有效地将突变电流泄放﹐从而保护二级关和其它晶体管﹐它们的响应时间一般在微毫秒级 .电路工作原理﹕电容C1的作用为降压和限流﹕大家都知道﹐电容的特性是通交流﹑隔直流﹐当电容连接于交流电路中时﹐其容抗计算公式为﹕XC = 1/2πf C式中﹐XC 表示电容的容抗﹑f 表示输入交流电源的频率﹑C 表示降压电容的容量.流过电容降压电路的电流计算公式为﹕I = U/XC式中 I 表示流过电容的电流﹑U 表示电源电压﹑XC 表示电容的容抗在220V﹑50Hz的交流电路中﹐当负载电压远远小于220V时﹐电流与电容的关系式为﹕I = 69C 其中电容的单位为uF﹐电流的单位为mA下表为在220V﹑50Hz的交流电路中﹐理论电流与实际测量电流的比较电阻R1为泄放电阻﹐其作用为﹕当正弦波在最大峰值时刻被切断时﹐电容C1上的残存电荷无法释放﹐会长久存在﹐在维修时如果人体接触到C1的金属部分﹐有强烈的触电可能﹐而电阻R1的存在﹐能将残存的电荷泄放掉﹐从而保证人﹑机安全.泄放电阻的阻值与电容的大小有关﹐一般电容的容量越大﹐残存的电荷就越多﹐泄放电阻就阻值就要选小些.经验数据如下表﹐供设计时参考﹕D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是将交流电整流为脉动直流电压.C2﹑C3的作用为滤波﹐其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压压敏电阻( 或瞬变电压抑制晶体管 )的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉﹐从而保护LED不被瞬间高压击穿.LED串联的数量视其正向导通电压( Vf )而定﹐在220V AC电路中﹐最多可以达到80个左右.组件选择﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值﹐在220V,50Hz的交流电路中时﹐可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容.D1 ~D4 可以选择IN4007.滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍.其电容容量视负载电流的大小而定. 下列电路图为其它形式的电容降压驱动电路﹐供设计时参考﹕D1 ~ D4的作用是整流﹐其作用是将交流电整流为脉动直流电压.C2﹑C3的作用为滤波﹐其作用是将整流后的脉动直流电压滤波成平稳直流电压压敏电阻( 或瞬变电压抑制晶体管 )的作用是将输入电源中瞬间的脉冲高压电压对地泄放掉﹐从而保护LED不被瞬间高压击穿.LED串联的数量视其正向导通电压( Vf )而定﹐在220V AC电路中﹐最多可以达到80个左右.组件选择﹕电容的耐压一般要求大于输入电源电压的峰值﹐在220V,50Hz的交流电路中时﹐可以选择耐压为400伏以上的涤纶电容或纸介质电容.D1 ~D4 可以选择IN4007.滤波电容C2﹑C3的耐压根据负载电压而定﹐一般为负载电压的1.2倍.其电容容量视负载电流的大小而定.二、可控硅构成的阻容降压LED驱动电路三、线性简易设计方案四、ROHM公司BP5061设计的5V/350mA开关型LED驱动电路五、台硕电子TAC9918设计的LED驱动电路六、集成恒流源NUD4001 的LED 驱动电路七、TAC9910设计的开关型LED驱动电路八、荷兰Philips菲力普公司TEA152X设计的LED驱动器九、韩国动运国际DW8520设计的开关型LED驱动电路十、深圳敦泰科技FT6610DB1设计的开关型LED驱动电路十一、HUF604设计的开关型LED驱动电路十二、Onsemi公司CAT4240设计的开关型LED驱动电路十三、Onsemi公司NCP1200/NCP1216设计的开关型LED驱动电路十四、Addtk 广鹏科技A704设计的开关型LED驱动电路十五、芯联半导体CL6804/CL6808设计的开关型LED驱动电路十六、Consonance 如韵电子CN5616设计的开关型LED驱动电路十七、IR公司IRS2541设计的开关型LED驱动电路十八、PI公司LNK306设计的开关型LED驱动电路十九、National美国国家半导体LM3445设计的开关型LED驱动电路二十、NK南科公司ADT0160设计的四路跑马灯二十一、安森美NCP1216设计的开关型LED驱动电路二十二、安森美NUD4011设计的线性LED驱动电路二十三、安森美NCP3065设计的开关型LED驱动电路二十四、PI公司使用填峰电路来改善功率系数的9 W LED驱动器二十五、PI公司设计的开关型LED驱动电路二十六、PI公司LNK306设计的开关型LED驱动电路二十七、三肯公司LC5205D/5210D设计的高功率因数LED驱动电路二十八、三肯公司STR0W6251设计的开关型LED驱动电路二十九、三肯公司SPI-9150设计的开关型LED驱动电路三十、三肯公司SSC2001设计的开关型LED驱动电路三十一、Supertex美国超科HV9906设计的带PFC功能的LED驱动电路三十二、Supertex美国超科HV9910设计的开关型LED驱动电路三十三、Supertex美国超科HV9921/9922/9923设计的LED驱动电路三十五、Supertex美国超科HV9931设计的PFC功能LED驱动电路••••••三十六、ST公司L6561设计的开关型LED驱动电路三十七、普诚科技股份有限公司PT6901设计的LED驱动电路三十八、华润矽威公司PT4115设计的MR16射灯LED驱动电路三十九、华润矽威公司PT4107设计的宽范围开关型LED驱动电路四十、荷兰NXP恩智浦公司SSL2101构成的LED驱动电路四十一、Sanyo三洋公司LA5121设计的开关型LED驱动电路四十二、Sanyo三洋公司LA5121设计的开关型LED驱动电路。

LM3445的评基板鉴与电路设计传统白热灯泡的调光电路，大多使用简易的双向交流触发三极体（Triac）位相控制方式。

白热灯泡利用钨丝高温发光，使用双向交流触发三极体的位相控制方式，因此无电压时段也不会产生闪现象烁，反过来说光源变成LED方式时，相同的双向交流触发三极体位相控制电路，频率是一般商用频率2倍，受到无电压时段影响，容易出现闪烁现象。

最近美国国家半导体公司开发直接连接双向交流触发三极体调光器，几乎完全不会发生闪烁现象的LED驱动IC LM3445与评鉴基板。

接着笔者组合评鉴基板与简易双向交流触发三极体调光电路，说明LM3445的评基板鉴与电路设计的重点。

评鉴基板封装LM3445、电源电路，以及周边电路，评鉴基板使用双向交流触发三极体调光电路，输入已经受到位相控制的电压，利用高频切换器提供LED电流，LED驱动器设有可以控制流入LED电流峰值的降压转换器，动作时设定OFF时间超过一定值以上。

动作上首先接受双向交流触发三极体调光电路的输出电压，接着检测双向交流触发三极体的ON时段，再将此信号转换成流入LED电流指令值，此时流入LED电流与双向交流触发三极体ON时间呈比例，就能够沿用传统白热灯泡的调光电路。

此外上记评鉴基板支持还主从结构，能够以相同电流调光复数LED。

评鉴与电路整体架构图1（a）是评鉴电路方块图；图1（b）是双向交流触发三极体的调光电路，由图可知本电路采取Anode fire方式，使用双向交流触发三极体的两端电压当作驱动电压，通过可变电阻VR后，使电容器C1充正电压或是负电压，此时不论极性，电容器C1的电压一旦超过一定程度，触发二极管通电会使双向交流触发三极体点弧，流入双向交流触发三极体的电流，即使超过一值仍旧持续通电，电流则流入负载。

图中的二极管D1～D4与15k电阻，连接于双向交流触发三极体的两端，主要目的不论极性都能够使电容器C1的开始充电电压维持一定值，此外为避免受到商用电源极性影响，。

LED恒流驱动芯片及系统应用方案颜重光高工北京大学上海微电子研究院兼职研究员2010年12月18日13:30—16:30深圳华侨城海景奥思廷酒店西翼楼三楼一品厅LED照亮2010上海世博会LED绿色照明灯具高亮度LED驱动主要市场LED恒流驱动芯片及系统应用方案1）LED光源的工作原理；2）LED恒流源低压大电流驱动芯片及典型应用；3）LED恒流源非隔离驱动芯片及典型应用；4）LED恒流源隔离驱动芯片及典型应用；5）LED灯具可控硅调光方案；6）LED日光灯驱动电源方案；7）LED照明系统应用方案;8）各国对LED驱动器的PFC或THD要求。

要求LED灯具驱动工作原理LED光源工作原理•LED光源工作的主要参数是V F/I F，其它相关的是颜色/波长/亮度/发光角度/效率/功耗。

•V F正向电压是为LED发光建立一个正常的工作状态。

发光建立个正常的工作状态•I F正向电流是促使LED发光，发光亮度与流过的电流成正比例。

•LED V F标称电压：3.4V±0.2V （WLED）。

工作电流按应用需要选用各挡不能混用•LED I F工作电流按应用需要选用，各挡不能混用。

LED Lamp用各档LED电流：照明用LED 光源功率LED 灯具常用WLED 二极管:1）小功率W LED ：I F =15‐25mA草帽灯如I F =20mA 草帽灯、SMT 。

2）大功率W LED ：I F =200‐1000mA如高亮功率W LED ，1W/ I F =350mA ，大功率照明用LED其封装从成品来看是单颗芯片3W/ I F =700mA ；3）功率LED 管芯按特殊要求绑装从成品来看是单颗片的，其实是用N 颗LED管芯封装在一个单位里的。

它们的排列组合是串并定的W LED ；联，它们是N个串联，再N个并联，然后由二点联接电源。

室内LED 照明驱动基本方案LED 灯电源驱动基本方案如右所示。

驱动电源有内置在灯杯内的，如MR16、E27、PAR30 、PAR38 、日光灯等；也有外置在LED 光源灯具周边的，如嵌灯、筒灯、格栅灯、投光灯等。