应用 GR8763 于 LED 驱动之全范围输入电入电压高功率功率因子因子单级反激式交 - 直流电源转换器 (Application Information for Universal Single-Stage Flyback Converter Using GR8763 for LED lighting) 大纲 Single stage Flyback PFC converter 是兼具 AC/DC 与功率因子调整功能的转换器, 亦为广 泛使用于电源产品的一种架构 节能照明灯可较传统照明灯有效率的将电 源转换为光, 良好的电光转换效率更须搭配良好 的前级电源转换效率以提高灯具整体的电光转 换效率, 本文将阐述使用 GR8763 设计高功率因 子 (P.F) 与高转换效率之单级反激式交 - 直流电 源转换器 LED 驱动电路结果 1 电压放大器输入 2 电压放大器输出 3 乘法器输入 PIN 4 MOSFET D-S 电流侦测 PIN 5 ZCD 侦测 PIN 6 接地 7 MOSFET GATE 控制 8 芯片电源输入 GR8763 功能简介 GR8763 为高性能之临界导通模式 (Critical Conduction Mode) PFC 控制 IC, 具有下列特性 : 于 CRM 模式中使用零电流侦测 (ZCD) 低芯片启动电流 ( 小于 30uA) 动态与静态 IC 过电源保护 (OVP) 芯片电源欠压保护 (UVLO) 与迟滞 ( Hysteresis ) 功能 MOSFET 过电流保护 (OCP) 防止 MOSFET 启动瞬间突波干扰电流保护机制 (Leading-Edge Blanking time, LEB) MOSFET-Gate 驱动电压箝制 (17V) 功能 芯片进入保护模式计时自动重新启动功能 (Auto restart) 内建高性能乘法器 (Multiplier) 以降低系统总谐波失真 (THD) 内部功能方块图 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 1
系统方块图 系统设计规格 表 1 为系统欲设计之系统规格, 本文将以此规格做为设计标准 : 表 -1 系统规格参数规格值输入功率 7.5W 输出功率 6.6W 输入电压范围 90~264 VAC 输出电压 20V 输出电流 330mA 功率因子, PF >0.9 效率, η >80% 最大切换频率 70KHz LED 规格 1W/350mA/3.2V 6pcs 环境温度 25 参数验证 本系统可经由数据量测来验证系统性能的优劣 ; 以下将量测几个数据作为验证系统性能判断依据 : 1. 系统转换效率 (Converting efficiency) 2. 功率因子 (Power Factor) 3. 输入电压与输出电流关系图 4. 系统启动 5. 输入电压对系统输出电流的影响 6. 输入电压 Switching MOSFET V DS I DS 与二次 侧整流二极管电流 (I D ) 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 2
90 Efficiency V.S Vin(AC) 85 Efficiency (%) 80 75 70 65 60 85 90 110 115 130 150 180 220 230 250 264 Vin(AC) 图 1 转换效率与输入电压关系图 Power Factor (%) 100 98 96 94 92 Powr Factor V.S Vin(AC) 图 4 系统启动时之输出电压与电流波形图 ( 上图 )V IN =110 VAC/60Hz ( 下图 ) V IN =220 VAC/50Hz 90 85 90 110 115 130 150 180 220 230 250 264 Vin(AC) 图 2 功率因子与输入电压关系曲线图 Output voltage : 5V/DIV Output current : 100mA/DIV 380 Output current V.S Vin(AC) Output voltage : 5V/DIV Output current : 100mA/DIV O/P current (A) 360 340 320 300 280 85 90 110 115 130 150 180 220 230 250 264 Vin(AC) 图 3 输出电流与输入电压关系曲线图 图 5 输出电压与电流波形图 ( 上图 )V IN =110 VAC/60Hz ( 下图 ) V IN =220 VAC/50Hz 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 3
图 6 整流后输入电压与 MOSFET 电压 电流 FRD 电流波形图 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 4
电路图 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 5
电路板线路布局注意事项 1. 高频切换电流回路流经 C 3 正极 变压器 MOSFET R 22 C 3 负极, 此为电路中最大噪声源, 此回路零件应尽量靠近以缩短回路路径线长及面积, 同时并远离小讯号回路与 GR8763 芯片, 且 GND1 之间的联机需要短 宽 直,MOSFET 如有使用散热片应将散热片接至一次侧的 GND 1 2. C 8 应尽量靠近 GR8763 的 V CC pin 和 GND pin, 且 GND 2 联机尽量短并靠近 GR8763 GND pin 3. GND 2 最后由 C3 GND 1 汇入 4. ESD 放电路径由二次侧透过变压器的寄生电容进入主绕组及辅助绕组, 有一路径由 GND 2 进入 GND 1 最后进入主电源系统 ; 电路中需提供放电路径, 避免高压电荷伤及系统中零组件与芯片 另外变压器的一次侧与二次侧间应跨接一个 Y 1 电容以提供放电路径, 此 Y1 电容跨在 C3 GND 1 到次级测 GND 较理想 图 7 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 6
变压器规格 GR8763 Application Note 接脚示意图 架构示意图 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 7
材料规格 变压器绕线资料 阶层 (layer) 启始连接 PIN 中止连接 PIN 圈数材料规格 1 PIN 1 PIN 2 132 0.2mm 2 - - 1 胶带 W:0.8mm 3 - PIN Shielding 1 铜箔 4 - - 1 胶带 W:0.8mm 5 PIN 7 PIN 8 48 0.3mm tripple 6 - - 1 胶带 W:0.8mm 7 PIN 4 PIN 3 36 0.15mm 8 - - 1 胶带 W:0.8mm L P - - - 1.5mH Boobin - - - 8PIN EE16-V Core - - - EE-16 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 8
系统实体图 GR8763 Application Note PCB 图 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 9
零组件表 GR8763 Application Note Item Description Q'ty Location Manufacturer Type BRIDGE DIODE 0.8A/600V MB6S MDI 1 BD1 亚昕 SMD MMLC 470P/500V X7R 10% 1206 1 C1 SMD MMLC 470P/50V X7R 10% 0805 1 C10 SMD MMLC 12N/50V X7R 10% 0805 2 C11,C12 SMD MMLC 2200P/1KV X7R 10% 1206 1 C4 SMD MMLC 0.1u/25V X7R 10% 0805 3 C6,C14,C15 SMD MMLC 1u/25V X7R 10% 0805 1 C9 SMD FAST DIODE 0.3A/75V LL4148 MINI MELF 1 D2 DIODES,GS SMD FAST DIODE 0.25A/250V BAV103 MINI MELF 1 D3 DIODES,GS SMD TRANSISTOR NPN MMST2222 SOT-23 0.6A/40V 2 Q2,Q3 DIODES,ROHM SMD RESISTOR 47R 1206 1/4W 5% 1 R1 SMD RESISTOR 10K 0805 1/8W 1% 2 R11,R24 SMD RESISTOR 68K 0805 1/8W 1% 1 R13 SMD RESISTOR 10R 0805 1/8W 5% 1 R15 SMD RESISTOR 1K 0805 1/8W 1% 2 R16,R29 SMD RESISTOR 510R 0805 1/8W 1% 1 R17 SMD RESISTOR 2K 0805 1/8W 1% 2 R18,R26 SMD RESISTOR 5.1K 0805 1/8W 1% 3 R19,R23,R27 SMD RESISTOR 0R 0805 1/8W 5% 2 R2,R14 SMD RESISTOR 24K 0805 1/8W 1% 1 R21 SMD RESISTOR 100K 0805 1/8W 1% 1 R25 SMD RESISTOR 15K 0805 1/8W 1% 1 R28 SMD RESISTOR 150K 1206 1/4W 5% 2 R3,R10 SMD RESISTOR 3K 0805 1/8W 1% 1 R30 SMD RESISTOR 40.2K 0805 1/8W 1% 1 R4 SMD RESISTOR 200K 1206 1/4W 5% 2 R5,R6 SMD RESISTOR 1R2 1206 1/4W 1% 2 R7,R8 SMD RESISTOR 1M 1206 1/4W 5% 2 R9,R12 SMD RESISTOR 0R 1206 1/4W 5% 1 ZD1 SMD PFC IC PFC IC GR8763 SOP-8 1 U1 grenergy SMD REGULATOR ST TSM1052 SOT23-6 1 U3 ST SMD ZENER DIODE 12V 1/2W 5% MINI MELF 1 ZD2 ROHM SMD ZENER DIODE 16V 1/2W 5% MINI MELF 1 ZD3 ROHM SMD EC CAP 220u/35V 10*13 105 NCC KY 1 C2 NCC DIP X CAP X1 0.1u/300V 12.8*5.8*12 P:10mm 2 C3,CX1 晟通 DIP 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 10
EC CAP 47u/50V 6.3*11 105 NCC KME 1 C5 NCC DIP EC CAP 100u/25V 6.3*11 105 NCC KY 1 C8 NCC DIP Y1 CAP Y1 1KP/250V P:10mm 1 CY1 TDK,FAIRCHILD DIP FAST DIODE 3A/400V ER304 DO-201 立式 1 D1 PANJIT DIP GENERAL DIODE 1N4007 1A/1KV DO-41 立式 1 D4 PANJIT DIP TIME LAG 2A/250V 3.9*11mm FUSE PIG TAIL PTU002 1 F1 功得 DIP INDUCTOR DR8*10 0.3mm 1 L1 DIP INDUCTOR UU9.8 A10 0.3mm 1 L2 DIP MOSFET FQPF2N60C 2A/600V 4.7OHM TO-220F 1 Q1 FAIRCHILD DIP MOF RESISTOR MOF 1.1R/1W 立式 1 R22 DIP TRANSFORMER EE-16 1.15mH 5% 0.2mm*132Ts 1 T1 DIP OPTO COUPLLER SHARP PC817 DIP-4 RANK:B 1 U2 SHARP DIP JUMPER 0.6PHI P:16.5mm 1 JP1 DIP JUMPER 0.6PHI P:6.5mm 1 JP2 DIP WIRE BLUE 24AWG 50mm 1 L DIP WIRE BROWN 24AWG 50mm 1 N DIP WIRE RED 24AWG 50mm 1 +OUT DIP WIRE BLACK 24AWG 50mm 1 GND DIP PCB CAM1 70*30*1.6MM 1OZ 1LAYER 1 联络信息 绿达光电股份有限公司 Grenergy Opto, Inc. 8F, No. 9, Park Avenue II Rd., SBIP, Hsin-Chu 300, Taiwan, R.O.C. Tel: 886-3-578-6363 FAX: 886-3-564-3838 2010.03 Ver. B Copyright Grenergy OPTO, Inc. www.grenergy-ic.com 11