基本特性极少的外部元器件输入电压范围从 8 伏到 40 伏输出电流可调, 最大可达 1.5 安培模拟调光和宽范围 PWM 调光内置短路保护电路原理图描述 WS3215 和电感 (L) 电流采样电阻(RS) 形成一个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流 LED 控制器 VIN 上电时, 电

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蛙释董
7 years ago
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1 Rev A/0,Jul 高性能射灯方案 WS3215 系统演示板专注功率器件稳定性第一品牌!

2 基本特性极少的外部元器件输入电压范围从 8 伏到 40 伏输出电流可调, 最大可达 1.5 安培模拟调光和宽范围 PWM 调光内置短路保护电路原理图描述 WS3215 和电感 (L) 电流采样电阻(RS) 形成一个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流 LED 控制器 VIN 上电时, 电感 (L) 和电流采样电阻 (R S ) 的初始电流为零,LED 输出电流也为零, 这时 CS 比较器的输出为高, 内部功率开关导通,SW 的电位为低电流通过电感 (L) 电流采样电阻(RS) LED 和内部功率开关从 VIN 流到地, 电流上升的斜率由 VIN 电感(L) 和 LED 压降决定, 在 RS 上产生一个压差 VCSN, 当 (VIN-VCSN) >115mV 时,CS 比较器的输出变低, 内部功率开关关断, 电流以另一个斜率流过电感 (L) 电流采样电阻(RS) LED 和肖特基二极管 (D), 当 (VIN-VCSN) < 85mV 时, 功率开关重新打开, 这样使得在 LED 上的平均电流为 : 高端电流采样结构使得外部元器件数量很少, 采用 1% 精度的采样电阻,LED 输出电流控制在 ±5% 的精度通过 PWM 调光,LED 的输出电流可以从 0% 到 100% 变化 LED 的亮度是由 PWM 信号的占空比决定的例如 PWM 信号 25% 占空比,LED 的平均电流为 (0.1/RS) 的 25% 建议设置 PWM 调光频率在 100Hz 以上, 以避免人的眼睛可以看到 LED 的闪烁 WS3215 调光频率可高至 50KHz DIM 管脚也可以通过外加直流电压 (VDIM) 调小 LED 电流 ( 模拟调光 ), 最大 LED 电流由采样电阻 RS 决定直流电压 (VDIM) 的有效的调光范围是 0.5V 到 2.5V 当直流电压(VDIM) 高于 2.5V, 输出 LED 电流保持恒定, 并由 (0.1/RS) 设定 LED 电流还可以通过 DIM 到地之间接一个电阻到进行调节, 内部有一个上拉电阻 ( 典型 1.2 兆欧姆 ) 接在内部稳压电压 5V 上,DIM 管脚的电压由内部和外部的电阻分压决定 DIM 管脚在正常工作时可以浮空当加在 DIM 上的电压低于 0.3V 时, 内部功率开关关断,LED 电流也降为零关断期间, 内部稳压电路保持待机工作, 静态电流仅为 50uA 此外, 为了保证可靠性,WS3215 内部包含过热保护功能 (TSD), 封装含有散热 PAD 过热保护功能在芯片过热(160 ) 时保护芯片和系统, 外部的散热 PAD 增强了芯片功耗, 于是,WS3215 能够安全地输出较大电流 WS3215 还可以通过 DIM 管脚外接热敏电阻 (NTC) 到 LED 附近, 检测温度动态调节 LED 电流保护 LED 专注功率器件稳定性第一品牌!

3 图 1 WS3215 典型应用图实物照片图 2 3W 射灯 Demo-Board(14*13*11mm) 设计指导 1. 电原理图及 BOM 图 1 是驱动 3 颗 1W 白光 LED 的电原理图, 它是 12~24V 电压范围里交直流两用的,D1~D4 组成整流桥, 这个桥有两个功能, 在输入是交流电源的时候, 把交流整流成直流 ; 在输入是直流电源的时候, 起极性转换作用, 无论输入电源的极性如何, 都能保证电路正常工作 CIN 是滤波电容, 把脉动直流变换成平滑的直流 RS 是取样电阻, 它决定恒流源的绝对精度 L 是镇流电感, 把 100KHz 的脉冲电流变换成三角波电流,L 的电感量会影响工作电压范围内恒流源的稳定性 D5 是续流二极管, 在芯片内部 MOS 管处于截止状态时为储存在电感中的电流提供放电回路由于工作在高频脉冲状态,D5 应选用正向压降小, 恢复速度快的肖特基二极管芯片的 DIM 端可外接 PWM 脉冲或直流电压调光, 也可以接热敏电阻作辅助温度控制和自动亮度控制如果不用这些功能,DIM 端口悬空第 3 页共 7 页专注功率器件稳定性第一品牌!

4 WS3215 图 3:WS3215 驱动三颗 1W 白光 LED 的原理图表 1: 不同恒流模块的电气参数项目 1 颗 1W LED 3 颗 1W LED 1 颗 3W LED 最小输入电压 V inmin (V) 最大输入电压 V inmax (V) 直流最大输入电压 V inmax (V) 恒流值 I LED (ma ) 恒流值精度 5% 5% 5% 效率 92% 93% 93% 温度保护阀值 ( ) 表 2: 元器件表名称型号 D1~D4 肖特基二极管 SS14 CIN 陶瓷电容 100uF/25V RS 贴片电阻 0.27Ω/0.1W(350mA) 0.13Ω/0.1W(700mA) D5 肖特基二极管 SS14 IC 恒流源芯片 WS 调试细则当进行测试时, 需要一台配备电流探头的示波器和一台功率分析仪模块焊接无误后, 首先测量 VIN 端的电压, 工频交流输入时, 负载空载,VIN 是输入电压的 1.4 倍, 有载时是 1.2 倍高频交流输入 ( 电子变压器 ) 时,VIN 是高频脉冲的整流后的有效值, 此值与高频脉冲的占空比有关例如 PHILIPS 220V-12V 电子变压器, 输出端的脉冲约 30p-p, 通过整流后 VIN 电压只有 11V, 因为脉冲占空比约 0.3 直流输入时,VIN 比输入电压低 0.3V( 肖特基整流管 ) 然后可以接上负载测量 SW 端的波形和流过负载的电流电路工作的正常标志时 WS3215 的 SW 脚有开关脉冲波形, 流过 LED 的电流是充放电状态的三角波, 它的平均值是 LED 的工作电流, 即模块的恒流值调整 RS 的值可以改变恒流值, 它决定一第 4 页共 7 页专注功率器件稳定性第一品牌!

5 批产品的绝对精度, 建议 RS 的最低精度不要小于百分之一在表 1 所示的工作电压范围里, 如果恒流精度低于 10%, 建议采用电感量更大的功率电感 3. 采样电阻的选择采样电阻 RS 应选用 0805 的金属膜电阻, 电阻的阻值与负载电流有关, 工程上用下列公式计算 : 例如, 负载是 2 颗 1W 的白光 LED, 查得工作电流是 350 毫安, 采样电阻得值是 : 4. 镇流电感的选择电感是这个电路中的关键元件, 从原理上讲, 电感量越大, 恒流精度越高例如用 47 微亨的电感, 输入电压在 8~30V 范围里变化, 恒流精度是 30%; 如果用 220 微亨的电感, 恒流精度就能提高到 9% 以下影响电感质量的重要因素是磁性材料, 建议采用锰锌 4000, 居里点 400 的磁性磁性电感的最大缺点是很容易产生硬饱和, 这在用户的设计中经常发生一旦发生磁饱和后果往往是灾难性的, 会瞬间烧坏芯片或 LED 因而, 推荐按表 3 数值选择电感, 尤其注意电感的饱和电流一定要不小于表 3 中的值一般饱和电流小的电感铜线较细,Q 值也较小, 这种电感即是没发生磁饱和稳流效果也会很差表 3: 电感 L 的选择负载电流饱和电流电感量 Q 值 ILED (ma) IMO (A) (uh) (100KHz) < 400 > ~220 > ~800 > ~100 > ~1200 > ~82 > 整流二极管的选择由于 MR16 的驱动板空间有限, 通常建议选用体积小导通压降低的肖特基二极管 (1A,40V) 搭建整流桥, 推荐型号为 MBRS140, 其封装体积较小,300mV 左右的导通压降有利于最大可能的提高转换效率但是如果输入输出压差超过 8-10V 以上时, 从散热的角度以及保证系统能够长时间稳定工作的方面考虑, 则应选择体积稍大散热条件较好的 SS14 产品,SS14 在成本方面也有优势, 但是其导通压降大约在 500mV 左右成本和转换效率就看您如何取舍了 6. 使用高频电子变压器作输入电源的问题高频电子变压器是把工频交流高频交流的转换器, 输出的电压波形不是正弦波, 而是不连续的脉冲波形, 有的还伴有寄生振荡, 这种电源有下面问题 : (1) 内阻很大第 5 页共 7 页专注功率器件稳定性第一品牌!

6 (2) 整流后不是平滑的直流 (3) 存在较大的 EMI 对于第 (1) 点, 用示波器测试电子变压器的空载输出电压, 脉冲幅度的峰峰值很大, 交流 12V 标称输出端的间歇脉冲有 35~50V 接上负载后, 会降到 30V 左右, 而且输出电压会随着负载电流而变化全波整流后有效直流电压会降到 11V 以下, 驱动 3 颗串联的 LED 就会点不亮对于第 (2) 点, 由于是间歇振荡结构, 整流后电流不是连续的,LED 会产生闪烁现象纹波宽度等于间歇振荡频率的周期, 有几到几十毫秒不同厂家的产品频率会有差异下边的波形是用电流环测量流过 LED 的电流, 可以看出是不连续的对于第 (3) 点, 由于高频变压器有高频振荡和间歇振荡两个频率,WS3215 的 SW 端也有一个振荡频率, 三个频率本身和它们互调产生的组合频率会在很宽的频带上产生电磁辐射, 干扰其它电气设备注意不能用三用表的交流电压档直接测量高频电子变压器的输出电压, 因为三用表的交流频响如果用户一定要在低于 11V 的电压点亮 3 颗 LED, 可以用图 4 所示的自适应升降压拓扑结构, 它能在 7.5~12V 电压范围内点亮 3 颗 LED 使用这种方案时电流检测电阻 RS 的取值要适当大一点, 使 V IN -V CSN <150mV, 否则内部短路保护电路就会启动而关断 MOS 管, 使 LED 熄灭我们推荐的 RS 取值范围是 0.28~0.3 欧姆, 用精度 1% 的电阻, 在交流输入 7.5~12V 的范围内都能驱动 3 颗 1W 的 LED, 输入电流是 242~348 毫安这种方法的缺点是效率略低, 恒流效果不如图 3 电路, 但工作状态是安全可靠的 WS3215 图 4: 自适应升降压 LED 驱动方式 7.PCB 注意事项 WS3215 是工作在几百千赫高频下的功率器件,PCB 设计要注意电流容量, 散热和 EMI 三项事宜首先要注意 PCB 板上的铜箔厚度和过孔的直径和数量推荐按照 2.5A/cm 2 的规范设计电流回路的有效截面积, 因而 D1~D4 RS LED L SW D5 这些节点的 PCB 铜箔宽度不小于 3 毫米, 并镀锡加筋, 金属化过孔过孔直径不小于 0.3 毫米, 用 4 孔并联, 用焊锡填充 MR16 射灯的灯座中, 空间小, 第 6 页共 7 页专注功率器件稳定性第一品牌!

7 散热条件差, 要挖掘一切潜力保证散热芯片的 Exposed pad 要可靠地焊接在 PCB 铺铜上减小热阻, 协助散热, 双面地铺铜总面积不应小于 180 平方毫米, 并且用多个金属化过孔连接起来当输入功率减去输出功率大于 1.5W 时, 不适于安装在 MR16 灯座中 WS3215 的开关频率在 1MHz 以下, 芯片在扩频模式下工作, 设计中已经考虑到 EMI, 若 PCB 设计中用滤波和屏蔽手段可进一步减小 EMI 第 7 页共 7 页专注功率器件稳定性第一品牌!

Microsoft Word - PT4205 MR16 应用说明 doc

Microsoft Word - PT4205 MR16 应用说明 doc PT4205 MR16 应用说明 1. MR16 可用于生产 Demo 照片 : 图一 2. 电原理图和 BOM 图一 A:MR16 产品实物照片 B: 可直接用于生产的 MR16 Demo 图 2 是驱动 3 颗 1W 白光 LED 的电原理图, 它是 12~24V 电压范围里交直流两用的,D1~D4 组成整流桥, 这个桥有两个功能, 在输入是交流电源的时候, 把交流整流成直流 ; 在输入是直流电源的时候,