FL7733 带功率因数校正的初级端调节 LED 驱动器

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绞骏仇
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1 2014 年 5 月 FL7733 带功率因数校正的初级端调节 LED 驱动器特性高性能无需输入端大电容和次级反馈电路的高性价比解决方案功率因数校正通用线路范围内的 THD 小于 10% 恒流容差 : 通用线路电压范围内的变动小于 ±1% 50% - 100% 负载电压范围内的变动小于 ±1% ±20% 电感范围内的变动小于 ±1% 带 V DD 调节功能的高压启动通过自适应反馈回路控制, 实现无过冲启动高可靠性 LED 短路 / 开路保护输出二极管短路保护检测电阻短路 / 开路保护 V DD 过压保护 (OVP) V DD 欠压锁定 (UVLO) 过温保护 (OTP) 所有保护均自动重启 (AR) 逐周期限流应用输入电压范围 :80 V AC V AC 应用说明该高度集成的 PWM 控制器采用先进的初级端调节 (PSR) 技术, 其功能能够增强中低功率 LED 照明转换器的性能 FL7733 LED 驱动器在设计上采用最少的系统元件, 同时通过 Fairchild 的 TRUECURRENT 技术和改进了的反馈环路控制来准确控制 LED 电流在通用线路电压范围内低于 ±1% 的恒流 (CC) 容差符合高可靠性 LED 亮度管理的要求通过最小化导通时间波动高功率因数和较低的 THD, 可以得到通用线路范围内 10% 的 THD 采用一个集成式高电压启动电路实现快速启动和高系统效率在启动期间, 通过自适应反馈环路控制, 预测稳态状况并设置接近于稳态的初始反馈状况, 从而避免出现 LED 电流过高或过低 FL7733 提供多种强大的保护功能, 如 LED 短路 / 开路输出二极管短路检测电阻短路 / 开路以及过温保护, 从而实现较高的系统可靠性 FL7733 控制器采用 8 引脚小尺寸封装 (SOP) 相关资源 AN-5076 使用 FL7733, 为超宽输出电压 LED 驱动器设计高功率因数反激式转换器 AN-FEBL W LED 驱动器 (PFC PSR 反激式 ) FEBFL7733_L50U008A 评估板用户指南 AN-FEBL W LED 驱动器 (PFC PSR 反激式 ) FEBFL7733_L51U030A 评估板用户指南 AN-FEBL W LED 驱动器 (PFC PSR 反激式 ) FEBFL7733_L52U050A 评估板用户指南 LED 照明系统订购信息器件编号工作温度范围封装包装方法 FL7733MX -40 C 至 +125 C 8 引脚小尺寸封装 (SOP-8) 卷带和卷盘 FL7733 Rev

2 应用框图图 1. 典型应用框图图 2. 功能框图 FL7733 Rev

3 标识信息引脚配置图 3. 顶标 F: Fairchild 徽标 Z: 工厂代码 X: 一位数字年份代码 Y: 一位数字周代码 TT: 两位数字模具运行代码 T: 封装类型 (M=SOP) M: 制造流代码图 4. 引脚配置 ( 俯视图 ) 引脚描述引脚号名称说明 1 CS 电流感测此引脚连接了一个电流检测电阻来检测 MOSFET 电流, 从而实现恒流输出电流调节 2 栅极 PWM 信号输出此引脚采用内部图腾柱输出驱动器, 用于驱动功率 MOSFET 3 GND 接地 4 VDD 电源 IC 工作电流和 MOSFET 驱动电流均通过此引脚提供 5 VS 电压检测该引脚检测输出电压和放电时间, 为 CC 调节提供信息此引脚通过电阻分压器与变压器辅助绕组相连 6 COMI 恒流环路补偿此引脚与 COMI 和 GND 之间的电容相连, 补偿电流环路增益 7 NC 未连接 8 HV 高压该引脚通过电阻连接整流输入 FL7733 Rev

4 绝对最大额定值应力超过绝对最大额定值, 可能会损坏器件在超出推荐的工作条件的情况下, 该器件可能无法正常工作, 所以不建议让器件在这些条件下长期工作此外, 长期在高于推荐的工作条件下工作, 会影响器件的可靠性绝对最大额定值仅是应力规格值符号参数最小值最大值单位 HV HV 引脚电压 700 V V VDD (1,2) 直流电源电压 30 V V VS VS 引脚输入电压 V V CS CS 引脚输入电压 V V COMI COMI 引脚输入电压 V V GATE GATE 引脚输入电压 V P D 功耗 (T A <50 C) 633 mw T J 最大结温 150 C T STG 存储温度范围 C T L 引脚温度 ( 焊接 )10 秒 260 C 注意 : 1. 若压力超过绝对最大额定值中所列的数值, 可能会给器件造成不可修复的损坏 2. 测得的所有电压, 除差模电压之外, 都以 GND 引脚为参考热阻测试 T A =25 C, 除非另有说明符号参数数值单位 θ JA 节 - 环境之间热阻 158 C/W θ JC 结壳热阻 39 C/W 注意 : 3. 参考 JEDEC 建议环境,JESD51-2 和测试板,JESD51-3,1S1P 具有最小焊盘布局静电放电 (ESD) 能力符号参数数值单位 ESD 人体模型,ANSI/ESDA/JEDEC JS 元件充电模型,JESD22-C101 2 注意 : 4. 符合 JEDEC 标准 JESD22-A114 和 JESD 22-C101 kv FL7733 Rev

5 电气特性 V DD =15 V,T J =-40 至 +125 C 电流定义为流入器件为正值, 从器件流出为负, 除非另有说明符号参数工作条件最小值典型值最大值单位 V DD-ON 导通阈值电压 V V DD-OFF 关断阈值电压 V I DD-OP 工作电流 C L =1 nf, f=f MAX-CC ma I DD-ST 启动电流 V DD =V DD-ON 1.6 V μa V VDD-OVP V DD 过压保护电平 V 栅极部分 V OL V OH I SOURCE I SINK t R t F V CLAMP HV 启动部分输出低电平输出高电平峰值源电流峰值吸电流上升时间下降时间输出箝位电压 T A =25 C, V DD =20 V, I DD_GATE =1 ma T A =25 C, V DD =10 V, I DD =1 ma V 5 V V DD =10 ~ 20 V -60 ma V DD =10 ~ 20 V 180 ma T A =25 C, V DD =15 V, C LOAD =1 nf T A =25 C, V DD =15 V, C LOAD =1 nf V DD =20 V, V CS =0 V, V VS =0 V, V COM =0 V ns ns V I HV 源自 HV 引脚的电源电流 T A =25 C,V IN =90 V AC, V DD =0 V 9 ma I HV-LC 启动后的泄漏电流 1 10 μa t R-JFET 启动后的 JFET 调节时间 T A =25 C ms V JFET-HL JFET 调节电压上限 V V JFET-LL JFET 调节电压下限 V 电流 - 误差 - 放大器部分 g M I COMI-SINK 跨导 COMI 灌电流 I COMI-SOURCE COMI 源电流 T A =25 C μmho T A =25 C, V EAI =2.55 V, V COMI =5 V T A =25 C, V EAI =0.45 V, V COMI =0 V μa μa V COMI-HGH COMI 高压 V EAI =0 V 4.7 V V COMI-LOW COMI 低压 V EAI =5 V 0.1 V V COMI_INT.CLP t COMI_INT.CLP 初始 COMI 箝位电压初始 COMI 箝位时间 1.2 V 15 ms 接下页 FL7733 Rev

6 电气特性 ( 续 ) V DD =15 V,T J =-40 至 +125 C 电流定义流入器件为正值, 流出器件为负, 除非另有说明符号参数工作条件最小值典型值最大值单位电压感测部分 V VS-MAX-CC V S :CC 中的最大频率 f=f MAX-CC 2 khz V V VS-MIN-CC V S :CC 中的最小频率 f=f MIN-CC +2 khz V t DIS-BNK t DIS :V S 消隐时间 μs I VS-BNK V S :VS 消隐电流 μa V VS-OVP V S : 输出过压保护电平 V V VS-LOW-CL-EN V VS-HIGH-CL-DIS V S : 使能低电平限流的阈值电压 V S : 禁用低电平限流的阈值电压 V V V VS-SLP-TH V S : 输出短路 LED 保护阈值电压 V t SLP-BNK 电流检测部分 V S : 启动后检测禁用时间 T A =25 C 15 ms V RV 参考电压 T A =25 C V t LEB t MIN 前沿消隐时间 CC 最低导通时间 300 ns V COMI =0 V 500 ns t PD 到栅极输出端的传播延迟 ns V CS-HIGH-CL 限流阈值上限 1.0 V V CS-LOW-CL 限流阈值下限 V t LOW-CM 启动时的低电流模式工作时间 20 ms V CS-SRSP 检测电阻短路保护的 V CS 阈值电压 0.1 V V CS-OCP 过流保护的 V CS 阈值电压 T A =25 C V V CS / I VS 线路补偿电压和 V S 电流的关系 2 V/A 振荡器部分 f MAX-CC 恒流最大频率 T A =25 C, V DD =10 V, 20 V khz f MIN-CC 恒流最小频率 T A =25 C, V DD =10 V, 20 V khz t ON-MAX 最大导通时间 T A =25 C, f=f MAX-CC μs 过温保护部分 T OTP OTP 阈值温度 150 o C T OTP-HYS 重启结温滞回 10 o C 注意 : 5. 这些参数尽管通过设计得到保证, 但未经过生产测试 FL7733 Rev

7 典型性能特征图 5. V DD-ON 与温度的关系图 6. V DD-OFF 与温度的关系图 7. I DD-OP 与温度的关系图 8. V DD-OVP 与温度的关系图 9. f MAX-CC 与温度的关系图 10. f MIN-CC 与温度的关系 FL7733 Rev

8 典型性能特征 ( 续 ) 图 11. V VR 与温度的关系图 12. Gm 与温度的关系图 13. I COMI-SOURCE 与温度的关系图 14. I COMI-SINK 与温度的关系图 15. V VS-OVP 与温度的关系图 16. V CS-OCP 与温度的关系 FL7733 Rev

9 功能说明 FL7733 为 AC-DC PWM 控制器, 用于 LED 照明应用 TRUECURRENT 技术能够精确调节恒定 LED 电流, 不依赖于输入电压输出电压和励磁电感的变化振荡器中的 DCM 控制能够减少导通损耗, 保持 DCM 在宽范围输出电压下运行, 在单级反激式或降压 - 升压拓扑中实现高功率因数校正 LED 短路 / 开路保护检测电阻短路 / 开路保护过流保护过温保护和逐周期限流等一系列措施能够使系统稳定运行, 保护外部元器件启动启动时, 内部高压 JFET 提供启动电流和 V DD 电容充电电流, 如图 17 所示当 V DD 达到 16 V 时, 开关操作开始, 内部高压 JFET 继续提供 V DD 工作电流, 该电流初始持续时间为 250 ms, 可保持 V DD 电压高于 V DD-OFF 随着输出电压的增加, 辅助绕组开始成为 V DD 电流的主要来源 PFC 与 THD 图 18. 启动序列在反激式或降压 - 升压拓扑中, 以恒定的导通时间和频率在非连续导通模式 (DCM) 下工作可实现高 PF 和低 THD, 如图 19 所示恒定导通时间通过内部误差放大器和 COMI 引脚上的外部 COMI 大电容 ( 一般超过 1 µf) 得以保持恒定频率和 DCM 操作通过 DCM 控制来管理图 17. 启动模块在 VDD-ON 之后的 20 ms 内可通过电流模式控制开关采用反激式或降压 - 升压拓扑进行电流模式开关期间, 输出电流仅由输出电压确定因此, 输出电压以恒定的斜率增加, 而无论线路电压如何变动短路 LED 保护 (SLP) 在 15 ms SLP 消隐时间之后使能, 因此输出电压高于 SLP 阈值电压, 并且在无 SLP 的一般条件下保证顺利启动在电流模式开关期间, 通过检测峰值线路电压, 可将 COMI 电压 ( 该电压确定电压模式下的导通时间 ) 调节至接近稳态电平 COMI 电容充电至 1.2 V ( 持续 15 ms), 并调节至与 V IN 峰值成反比的调制电平 ( 持续 5 ms) 20 ms 启动时间之后的开启时间可控制在接近稳态导通时间的水平上, 以便平滑进入电压模式而不产生 LED 电流过冲或欠冲恒流调节图 19. 功率因数校正由于输出电流与稳态时二极管平均电流相等, 因此可以通过峰值漏电流和电感电流放电时间来估算输出电流峰值漏极电流由 CS 峰值电压检测器确定电感电流放电时间 (t DIS ) 由 t DIS 检测器检测有了峰值漏电流电感电流放电时间和操作开关周期信息,TRUECURRENT 计算模块便可如下所示估算输出电流 : 1 tdis 1 Io VCS nps 2 t R t I DIS VCS t S o S 0.25 n R PS S S (1) FL7733 Rev

10 其中,n PS 是初级与次级的匝数比, 而 R S 是 MOSFET 源端与接地之间的检测电阻图 20. 初级端调节主要波形计算所得输出电流与内部精确基准电压进行比较, 生成误差电压 (V COMI ), 可确定 MOSFET 在电压模式控制下的导通时间凭借 Fairchild 创新型 TRUECURRENT 技术, 恒流输出便可得到精确控制 DCM 控制如上所述, 在反激式拓扑中, 为了获得较高的功率因数, DCM 必须得到保证为了在宽输出电压范围内保持 DCM, 在线性频率控制下, 开关频率需根据输出电压进行线性调节输出电压由辅助绕组和连接 VS 引脚的分压电阻检测, 如图 21 所示当输出电压降低时, 次级二极管导通时间增加, 并且 DCM 控制延长开关周期, 以便在宽输出电压范围内保持 DCM, 如图 22 所示在满载条件下, 频率控制还会降低初级 RMS 电流, 从而获得更佳功效 Ipk Ipk Ipk BCM 控制 Tdis nvo Lm 4 Tdis 3 n 4 3 Vo Lm n 5 3 Vo Lm 5 Tdis 3 T 图 T 3 5 T 3 Ipk Tdis Iavg T Ipk 4/3 Tdis Iavg 4/3 T 初级电流和次级电流 Ipk 5/3 Tdis Iavg 5/3 T 次级二极管导通时间可能在 DCM 控制所设定的开关周期结束以后才结束这种情况下, 下一个开关周期在次级二极管导通时间结束时开始, 因为 FL7733 不允许 CCM 因此, 工作模式从 DCM 变化到 BCM 短路 LED 保护 (SLP) 在短路 LED 条件下, 次级二极管受高电流应力影响当 VS 电压由于短路 LED 条件而低于 0.3 V 时, 逐周期限流电平从 1.0 V 变为 0.2 V, 同时触发 SLP 如果 VS 电压低于 0.3 V 并持续四 (4) 个连续开关周期图 23 和图 24 显示 LED 短路条件下的 SLP 模块和工作波形考虑到系统安全性, 如需在保护条件下设置足够的自动重启时间, 那么可将 VDD 保持在 13 V 至 19 V 之间 ( 也就是 UVLO 以上 ) 并在 VDD-ON 之后持续 250 ms SLP 在初始 15 ms 内禁用, 以确保在通常 LED 条件下顺利启动图 21. DCM 和 BCM 控制图 23. 内部 SLP 模块 FL7733 Rev

11 图 24. 开路 LED 保护短路 LED 条件下的波形 FL7733 可在开路 LED 条件下保护外部元器件, 如输出二极管和输出电容开关关断期间, 施加反映输出电压, 作为辅助绕组电压由于 V DD 和 V S 电压在辅助绕组上具有输出电压信息,VDD 和 VS 引脚上的内部电压比较器可触发输出过压保护 (OVP), 如图 25 和图 26 所示图 25. 内部过压保护模块图 26. 检测电阻短路保护 (SRSP) LED 开路条件下的波形在检测电阻短路条件下,V CS 电平几乎为零, 逐脉冲限流或 OCP 无效 FL7733 设计为提供检测电阻短路保护, 可同时用于电流和电压模式操作如果在第一个开关周期中,V CS 电平低于 0.1 V, 则电流模式 SRSP 停止栅极输出 20 ms 启动时间之后, 电压模式 SRSP 关断栅极 ( 如果 V CS 电平在超过峰值 V IN 60% 的情况下不足 0.1 V 的话 ) 欠压锁定 (UVLO) V DD 导通和关断阈值分别内部固定为 16 V 和 7.75 V 启动时,V DD 电容必须利用高压 JFET 充电至 16 V, 才能开启 FL7733 V DD 电容持续为 V DD 供电, 直到主变压器的辅助绕组提供辅助电源在启动过程中, 应保持 V DD 高于 7.75 V 因此,V DD 电容必须适中, 才能将 V DD 保持在 UVLO 阈值之上, 直到辅助绕组电压超过 7.75 V 过流保护 (OCP) 当输出二极管或次级绕组短路时, 具有极高 di/dt 的开关电流可流经 MOSFET, 哪怕导通时间极短 FL7733 设计用来保护系统, 使其免受该过量电流的损害当检测电阻上的 CS 电压高于 5 V,OCP 比较器输出会停止栅极的开关动作在检测电阻开路条件下, 检测电阻电压无法检测, 输出电流调节不正确若检测电阻开路受损, 则 CS 引脚上的寄生电容由内部 CS 电流源进行充电因此,VCS 电平上升至 OC P 阈值电压, 然后立即停止开关动作过温保护 (OTP) 如果结温超过 150 C, 温度感测电路将关断 PWM 输出 OTP 触发后的滞回温度为 10 C. FL7733 Rev

12 PCB 布局指南电源转换器 PCB 布局的重要性等同于电路设计, 因为高寄生电感或电阻的 PCB 布局会产生大量开关噪声, 使系统不稳定 PCB 的设计应在最大程度上限制进入控制信号的开关噪声 1. 信号地和电源地应分开, 并且只能在一个位置上相连 (GND 引脚 ), 避免接地环路噪声从桥式二极管到检测电阻的电源接地路径应短而宽 2. 栅极驱动电流路径 (GATE R GATE MOSFET R CS GND) 应尽可能短 3. 控制引脚元件 ( 如 C COMI C VS 和 R VS2 ) 位置应靠近各自所分配的引脚以及信号地 4. 与 MOSFET 漏极与 RCD 缓冲器有关的高压走线应远离控制电路, 以避免不必要的干扰 5. 如果散热片用于 MOSFET, 则将此散热片连接到电源接地 6. 辅助绕组接地应比控制引脚元件的接地更靠近 GND 引脚图 27. 布局示例 FL7733 Rev

13 物理尺寸 6.00±0.20 PIN ONE INDICATOR ±5 4.90±0.10 A (0.635) B 3.90± C B A LAND PATTERN RECOMMENDATION SEE DETAIL A 1.75 MAX C 0.42± OPTION A - BEVEL EDGE 0.22±0.30 R R ±0.25 DETAIL A SCALE: 2:1 (0.86) x 45 (1.04) GAGE PLANE 0.36 SEATING PLANE OPTION B - NO BEVEL EDGE NOTES: UNLESS OTHERWISE SPECIFIED A) THIS PACKAGE CONFORMS TO JEDEC MS-012, VARIATION AA. B) ALL DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS. C) DIMENSIONS DO NOT INCLUDE MOLD FLASH OR BURRS. D) LANDPATTERN STANDARD: SOIC127P600X175-8M. E) DRAWING FILENAME: M08Arev15 F) FAIRCHILD SEMICONDUCTOR. 图引脚小尺寸封装 (SOP-8) 封装图纸作为一项服务, 提供给考虑 Fairchild 元件的客户具体参数可能会有变化, 且不会做出相应通知请注意图纸上的版本和 / 或日期, 并联系 Fairchild 代表核实或获得最新版本封装规格并不扩大 Fairchild 全球范围内的条款与条件, 尤其是其中涉及 Fairchild 公司产品保修的部分随时访问 Fairchild 在线封装网页, 可以获得最新的封装图纸 : FL7733 Rev

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