基于三引脚PWM控制器HV9921/22的LED灯电源及设计

　　关键词：HV9921/22；LED灯；驱动器；电路；设计

　　1、引言

　　高亮度LED的发展使LED不再局限于仅在便携式电子产品（如电话手机）中应用。像装饰照明等许多场合，LED并不适宜采用电池供电，而需求利用工频市电电源供电。传统的LED交流电源供电方案需要一个电源变压器，将220V的AC电压降压。而HV9921/22这类LED灯驱动器，无需大而笨重的电源变压器，可以在85～264V_AC的通用AC线路电压下工作。

　　2、HV9921/22三引脚开关型LED灯驱动器IC

　　HV9921和HV9922是用于控制在连续导电模式（CCM）工作的降压（buck）变换器拓扑的PWM峰值电流控制器，其输出电流在内部分别预置在20mA（HV9921）和50mA(HV9922)。

　　HV9921/22采用三引脚SOT－89和TO－92封装，引脚排列及其内部结构如图1所示。当20～400V的电压输入到漏极（DRAIN）脚时，内部高压线性稳压器产生一个7V的DC电压出现在V_DD脚。当V_DD脚上的电压超过门限电平（5V）时，内部MOSFET导通。当输入电流超过内部预设置电平时，电流传感比较器复位RS触发器，MOSFET关断。同时，单发（one-shot）电路被激活，确定关断时间（10.5μS）。只要关断时间结束，RS触发器则置性，新的开关周期再次开始。为防止电流感测比较器虚假触发，一个300nS的“消隐”延迟被提供。

　　3、恒流输出LED灯电源设计

　　基于HV9921（或HV9922）的LED灯通用85～264V_AC线路输入LED灯电源电路如图2所示。

　　若LED选用Osram公司的LW541C，其正向压降V_F＝4.1V。LED串由10个LED组成，输出恒流I_O＝20mA。主要元件选择如下

（1）计算输出电感L1电感值并选择C_O

　　L1值可根据下式计算：

　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　　式中：输出电压；V_O=10×V_F=10×4.1V=41V；关断时间T_OFF＝10.5μS；输出纹波电流（峰－峰值）按30％计，即△I_O=0.3IO=0.3×20mA＝6mA。将这些数据代入式（1），得：

　　选择L1＝68mH，电流容量I＝30mA，自谐振频率F_SR＝170KHZ，由于，所以L1的线圈电容C_L为：

　　在每个开关周期中，C_L充电和放电在LED串中引脚大电流尖峰，C_O用作旁路这些尖峰信号。推荐Co＝0.01μF/100V。

　　（2）选择输出整流二极管D1

　　D1选用超快速恢复二极管MUR160，其V_R＝600V，trr＝20ns（I_F＝20mA，I_RR＝100mA），C_J＝8pF。

　　（3）计算HV9921脚1（DRA/N）上的总寄生电容C_P

　　Ic脚1上的总寄生电容为：

　　 （2）

　　式中：C_DRAIN为IC输出电容，C_DRAIN＝5pF；C_PCB为印制电路板（PCB）寄生电容，C_PCB＝5pF。由于C_L＝13pF，D1结电容CJ＝8pF，故C_P为：

　　（4）计算电流感测信号前沿尖峰持续时间T_SPIKE：

　　前沿电流尖峰持续时间按式（3）计算：

　　 （3）

　　式中：I_SAT为MOSFET饱和电流，I_SAT＝100mA；V_AC（max）为最高AC输入电压，V_AC(max)＝264V。又C_P＝31pF，D1反向恢复时间trr=20ns，因此：

　　所计算的TSPIKE值小于最小消隐时间（200ns）。

　　（5）计算HV9921的功率损耗

　　设变换器效率η=0.7，开关损耗利用式（4）计算：

　　将有关数据代入式（4），得：

　　最小占空因数Dm为：

　　HV9921的导通损耗P_COND为：

　　 （5）

　　式中：R_ON为HV9921导通电阻，R_ON＝210Ω；I_DD内部线性稳压器工作电流，I_DD＝200μA；K_C和K_d是最小占空比D_m确定的系数，从图3所示的曲线查得，在D_m＝0.16下，K_C＝0.25，K_d＝0.63。因此，P_COND值为：

　　HV9921的总功耗为：

　　P_TOTAL＝120mW+55mW=175mW

　　（6）输入EMI滤波器元件选择

　　CIN、LIN和LIN2组成EMI滤波器。其中，CIN数值按0.1～0.2μF/W来选择。驱动器输出功率为：

　　P_O＝I_OV_O＝20mA×41V＝820mW

　　因此，C_IN可选用0.1μF/400V的聚酯薄膜电容。

　　C_IN2选用0.033μF/400V的聚酯薄膜电容，L_IN＝2.2mH（电流容量为64mA）。

　　（7）其它元件的选择

　　HV9921脚V_DD上的旁路电容C_DD为0.1μF/50V；二极管D2～D5选用600V、1A的IN4005；浪涌吸收器VRDI选用松下公司的ERZ－V05D431；F1为集成PCB保险丝。

　　图2所示LED灯电源的印制板线路如图4所示。

　　4、基于HV9922的通用离线LED灯驱动器电路

　　图5所示为HV9922组成的通用离线LED灯驱动器电路，其结构与图2相同。该LED灯电源AC输入为80～265V_AC，页载电流为50mA±15％，LED串电压为20～30V_DC，效率约80％。该LED灯电源的印制板线路及实物如图6所示。

　　5、结束语

　　Supertex公司推出的三引脚开关型LED灯驱动器HV9921和HV9922，仅需用很少量的外部元件，即可组成85～264V_AC通用输入LED灯电源，分别提供20mA和50mA的恒定电流，可为10个高亮度LED组成的LED串供电。HV9921/22为设计紧凑低或本通用离线LED灯驱动器提供了解决方案。