RT8487 是一款邊界模式恒流控制器，內(nèi)置高端驅(qū)動(dòng)器，可用于降壓和降壓-升壓配置，為（LED）負(fù)載提供恒定輸出電流。它包含用于實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和低輸入電流 THD 的特殊電路，同時(shí)最大限度地減少外部元件數(shù)量。小型 SOT23-6 封裝使應(yīng)用占用空間小，并使 RT8487 成為離線 LED 驅(qū)動(dòng)器的高性價(jià)比解決方案。

本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了如何使用 RT8487 設(shè)計(jì)具有成本效益的 8W 降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器。

一、簡(jiǎn)介

低成本離線 LED 驅(qū)動(dòng)器的重要要求是高效率、良好的功率因數(shù)和低 THDi 符合 IEC61000 C 類、準(zhǔn)確的 LED 電流、快速啟動(dòng)和使用低成本標(biāo)準(zhǔn)組件的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。以下采用浮動(dòng)降壓配置的 RT8487 的 8W LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)可滿足上述所有要求。

主要規(guī)格：

輸入范圍 230V +/-15%（經(jīng)過(guò)一些改動(dòng)，設(shè)計(jì)可以擴(kuò)展到全范圍輸入）

LED 串 27V ， I-LED = 300mA +/- 5% ， P-out=8W 用于一般改造照明應(yīng)用

THDi 《 20% 符合 IEC61000 C 類

啟動(dòng)時(shí)間 《 300msec

全面保護(hù)：輸出短路、LED開(kāi)路、過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)。

通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)低成本組件的無(wú)變壓器設(shè)計(jì)，重點(diǎn)關(guān)注低 BOM 成本。

2. 應(yīng)用電路

8W LED 驅(qū)動(dòng)器的整體應(yīng)用如下圖所示。

圖1

RT8487 用于浮動(dòng)控制器降壓配置。完整的應(yīng)用電路如圖 1 所示。IC 控制高端 MOSFET Q1 的開(kāi)啟時(shí)間，并通過(guò)與降壓電感串聯(lián)的R S感測(cè) LED 平均電流，以實(shí)現(xiàn)真正的負(fù)載電流感測(cè)。通過(guò)感測(cè)零電感電流（也通過(guò) R S）。通過(guò)從零電流檢測(cè)點(diǎn)開(kāi)始的可編程開(kāi)啟延遲（通過(guò) R3）實(shí)現(xiàn)了在最小漏源電壓下的高效諧振開(kāi)關(guān)。智能算法控制開(kāi)啟時(shí)間以獲得高輸入功率因數(shù)和低 THDi。IC 偏置由簡(jiǎn)單的自舉電路 D2 和 C2 提供，因此無(wú)需單獨(dú)的輔助繞組。這使得使用簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)鼓形線圈而不是更昂貴的定制繞線變壓器成為可能。低 IC 啟動(dòng)偏置電流允許使用高值啟動(dòng)電阻器 R1 和 R2，同時(shí)仍可實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)（通常為 123 毫秒）。整個(gè)電路可以構(gòu)建在尺寸為 18 x 36mm 的小型單面 PCB 上。

3. 關(guān)鍵組件的計(jì)算

以下部分說(shuō)明了各種應(yīng)用程序參數(shù)的設(shè)置。

設(shè)置平均輸出電流

流經(jīng) LED 燈串的平均輸出電流由連接在 IC GND 和 SENSE 端子之間的外部電阻器 R S設(shè)置。由于 R S與電感串聯(lián)，因此可以通過(guò)該電阻準(zhǔn)確檢測(cè) LED 平均電流。輸出電流、I OUT和 R S之間的關(guān)系如下所示：

在本應(yīng)用中，LED 電流定義為 300mA，因此

我們選擇1Ω//4.7Ω得到0.824Ω

啟動(dòng)電阻

啟動(dòng)電阻器 （R1+R2） 的選擇應(yīng)使在最小線路電壓下流過(guò)這些電阻器的電流超過(guò) IC 啟動(dòng)電流。否則，RT8487 Vcc 可能永遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到啟動(dòng)電壓。典型的 IC 啟動(dòng)電流為 25μA。

啟動(dòng)電阻應(yīng)選擇不超過(guò)工作電流。否則，VCC 電壓可能會(huì)上升到高于 Vcc 自舉電路設(shè)置的電壓，并可能觸發(fā) OVP。典型工作電流為 1mA。

啟動(dòng)電阻的值與 VCC 電容 C2 一起決定啟動(dòng)時(shí)間，定義為：

其中 V UVLO為 17V，I啟動(dòng)可近似為：

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，C2 可以選擇 1μF。

R1 和 R2 各選擇 1MΩ，這給出了一個(gè)典型的啟動(dòng)電流

啟動(dòng)時(shí)間將變?yōu)椋?/p>

圖 2

圖 2 顯示了 230V 交流輸入時(shí)的 IC 啟動(dòng)波形。

當(dāng)應(yīng)用交流電源時(shí)，通過(guò) R1 和 R2 的電流將為 C2 充電。當(dāng) IC VCC 電壓超過(guò) UVLO 電平時(shí)，功率

MOSFET 開(kāi)始開(kāi)關(guān)，快速為輸出充電。

總測(cè)量啟動(dòng)時(shí)間為 150 毫秒。

輸入電容選擇

對(duì)于高功率因數(shù)應(yīng)用，輸入電容 C1 應(yīng)足夠小，以實(shí)現(xiàn)整流后的線路電壓正弦波。輸入濾波電容 VCIN 的額定電壓應(yīng)足夠大以處理最大輸入電壓。一個(gè) 100nF / 500V 的薄膜電容器是一個(gè)合適的選擇。為了降低差模 EMI，可以通過(guò)兩個(gè) 47nF 電容器和一個(gè)合適的電感器使用一個(gè) pi 濾波器。

降壓電感值選擇

由于邊界導(dǎo)通模式切換，降壓電感值會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的切換頻率。對(duì)于較小尺寸的線圈，可以選擇較小的電感值，但限制由 IC 最小導(dǎo)通時(shí)間（通常為 0.5μsec）和最小截止時(shí)間（通常為 0.5μsec）設(shè)置。

最大電感值受 IC 最大導(dǎo)通時(shí)間（典型值為 15μsec）和最大截止時(shí)間（典型值為 33μsec）的限制。

要計(jì)算電感，我們首先需要計(jì)算整流正弦波 （V peak ） 頂部的最大峰值電流 （I peak ）：

其中 Pin 是轉(zhuǎn)換器輸入功率，a 是 LED 電壓與 BUCK 輸入電壓之比：

F（K（a）） 是實(shí)現(xiàn) PFC 降壓的低 THD 的復(fù)雜函數(shù)：

圖 3

在 8W 應(yīng)用中，Pin 可以計(jì)算為

（效率估計(jì)為 86%）

系數(shù) a 可以在整流正弦波的峰值處計(jì)算：

從圖 3 或公式（1）我們可以得出，

現(xiàn)在可以通過(guò)以下公式計(jì)算電感范圍：

L1 選擇 330μH，額定電流為 1.2A，以實(shí)現(xiàn)尺寸、成本和效率之間的最佳折衷。

可以計(jì)算出正弦波頂部的頻率：

（T延遲由連接到 AND 引腳的電阻決定，請(qǐng)參見(jiàn)下一節(jié)）

設(shè)置開(kāi)啟延遲時(shí)間

在電感電流達(dá)到零后，電感與開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處的總電容之間會(huì)發(fā)生諧振，諧振主要由MOSFET漏源電容決定。

為了盡量減少 MOSFET 的開(kāi)關(guān)損耗，RT8487 提供了調(diào)整下一個(gè)導(dǎo)通周期的延遲時(shí)間的靈活性，以便在諧振的最大點(diǎn)（對(duì)應(yīng)于最小漏源電壓值）導(dǎo)通。

圖 4

從零電流點(diǎn)到開(kāi)關(guān)諧振最大值的延遲時(shí)間（圖 4 中的 T延遲）可以通過(guò)下式計(jì)算：

其中 C SW是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電容，主要由 MOSFET 漏源電容決定，在此應(yīng)用等于 38pF。共振延遲變?yōu)椋?/p>

最佳諧振切換所需的總延遲時(shí)間需要選擇得稍大一些，以包括零電流檢測(cè)延遲（在這種情況下約為 290 納秒）。所以總延遲時(shí)間變?yōu)?290nsec + 352nsec = 642nsec。

從零電流檢測(cè)點(diǎn)到下一個(gè) MOSFET 導(dǎo)通周期的延遲時(shí)間可以通過(guò)連接在 AND 引腳和 IC GND 之間的電阻值 R3 進(jìn)行調(diào)整

·

= 以微秒為單位的近似總延遲時(shí)間

· R3 電阻值，單位為 kΩ

R3 的最終值設(shè)置為 68kΩ。

下面的圖 5 顯示了具有最佳諧振開(kāi)啟點(diǎn)的開(kāi)關(guān)波形。

圖 5

MOSFET 選擇

MOSFET 額定電壓應(yīng)足以處理最大線路輸入電壓峰值 + 線路瞬態(tài)裕量。建議使用具有最小 500V 漏源額定值的 MOSFET。MOSFET 電流額定值取決于熱方面。選擇 2A MOSFET 以實(shí)現(xiàn)低功耗和更好的效率。

正向二極管選擇

當(dāng)功率 MOSFET 關(guān)閉時(shí)，電流路徑通過(guò)連接在開(kāi)關(guān)輸出和地之間的二極管。這種正向偏置二極管必須具有低正向壓降和快速恢復(fù)時(shí)間。二極管的反向電壓額定值應(yīng)大于最大輸入峰值電壓+裕量，額定電流應(yīng)大于電感峰值電流。選擇了一個(gè)快速 600V / 2A 二極管，以實(shí)現(xiàn)低功耗和更好的效率。

輸出電容選擇

為了實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和低 THDi，電感電流包含相當(dāng)大的低頻紋波。輸出電容將過(guò)濾開(kāi)關(guān)和低頻紋波電流，為 LED 串提供低紋波電壓。輸出紋波電壓的大小以及 LED 串的差分電阻將決定通過(guò) LED 的紋波電流。在這個(gè)低成本設(shè)計(jì)中，選擇了一個(gè) 220μF 的電容器，它提供了大約 330mApp 的紋波電流通過(guò) LED 燈串。為了減少這種紋波，需要更大值的輸出電容。

4. 關(guān)鍵績(jī)效測(cè)量

圖 6 顯示了輸入和輸出電壓和電流波形。

輸入交流波形顯示出良好的 PFC 和低 THD。平均輸出 LED 電流精確設(shè)置為 299mA。

圖 6

下面的圖 7 顯示了開(kāi)關(guān)波形。為了實(shí)現(xiàn)低 THDi，電流峰值大約是平均電流的 4 倍。單個(gè)開(kāi)關(guān)周期顯示了完全 BCM 開(kāi)關(guān)，具有最小的漏源電壓導(dǎo)通。

圖 7

下表顯示了關(guān)鍵性能參數(shù)。典型效率為 86%，在電源電壓范圍內(nèi)具有出色的 LED 電流穩(wěn)定性和符合 IEC61000 C 類的低 THD。

5. 總物料清單

8W LED 驅(qū)動(dòng)器的總 BOM 如下圖所示：

6.PCB布局

8W LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用建立在小型單面 PCB 上。由于采用浮動(dòng)控制器拓?fù)洌琁C 周圍的元件應(yīng)緊湊且靠近 IC，并且布局應(yīng)為高壓擺幅提供足夠的爬電距離和間隙裕度。

需要注意的是，這個(gè)布局是一個(gè)初步版本，需要進(jìn)一步微調(diào)以優(yōu)化性能：降壓電感相對(duì)于 EMI 線圈的方向需要一些修改：目前 L1 的雜散場(chǎng)耦合到 LX1 并導(dǎo)致更高的 EMI 讀數(shù)。

7. 結(jié)論

RT8487 使設(shè)計(jì)具有良好性能并滿足當(dāng)今 LED 驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)要求的極具成本效益的 8W LED 驅(qū)動(dòng)器成為可能。