3 LED 恒流驱动芯片之二:原边控制的PWM 控制器OB2532

　　OB2532 是一种高性能的脱机PWM 控制器，输出功率低于15W，可以用作低功率的AC /DC 充电器和 适配器 ，如手机、数码相机的充电器，PC 机和电视的辅助电源。采用 SOT23 － 6 封装，有6 条引脚。

　　由于反馈控制来自原边，不存在隔离问题，因而无需像 Viper12A /22A 那样，要用到 光耦 和稳压器 TL431 ( 在图3 中使用了光耦H11AB17A 及双运放和基准电压 TSM103 ) ，线路连接比较简单。

　　3. 1 驱动电路的特点

　　(1) 全电压范围内有± 5% 的恒流调整精度，输出电流可以调节，可以设定输出功率;

　　(2) 在原边控制下的副边恒流控制;

　　(3) 自适应的峰值电流控制;

　　(4) 内部有对原边绕组的电感补偿;

　　(5) 可以对恒流及恒压值进行调整;

　　(6) 电源接通时有软启动功能;

　　(7) 电流检测有前沿消隐功能( LEB) ，无需外接滤波电路;

　　(8) 能逐周对电流进行限制;(9)VDD 有欠电压封锁功能，且有回差。

　　OB2532 同Viper12A /22A 一样，也具有恒压(CV) 及恒流(CC) 输出特性，其特性可以用图8 的矩形曲线表示。

图8 OB2532 的输出矩形特性

　　在恒流(CC) 控制下，输出功率可以通过CS 脚外接 电阻 RS( 也是MOS 管的源极电阻) 来调节;在恒压(CV) 控制下，为达到高效和提高性能的目的，可以有多种工作模式。此外，由于内部有1 个对 电缆 压降进行补偿的线路，可以使负载具有很好的调整特性。

　　器件在恒流模式及大负载下，工作于脉频调制( PFM) 方式，而在轻负载/ 中等负载下，则降低频率，并工作于脉宽调制( PWM) 方式。

　　3. 2 OB2532 的引脚符号及功能

　　它共有6 条引脚，其名称及功能如下:

　　(1)GND———地;(2) GATE———为图腾柱输出，用来驱动外接的MOS 管;(3)CS———电流监测输入端，连到MOS 管源极的检测电阻上;(4) INV———误差放大器EA 的反相输入端，由变压器辅助绕组送来的反馈电压经电阻分压加于此端，它反映输出电压的大小，PWM 占空比取决于误差放大器EA 的输出及3 脚的电流监测信号;(5) COMP———EA 放大器的补偿端，接补偿电容，以使恒压输出保持稳定;(6)VDD———IC 的电源。

　　3. 3 OB2532 的典型应用电路

　　OB2532 的典型应用电路如图9 所示。输入交流电压经桥式整流、L1、C1、C2滤波，直流电压加到变压器的原边，再接到MOS 管的漏极，变压器的辅助绕组N2经VD5整流、C3滤波为IC 提供电源( 开始是由高压经电阻R1、R2降压提供) ，同时N2还为反相端INV提供反馈电压。MOS 管的源极电阻RS的检测电流信号加于CS 脚，在这2 种信号控制下对输入到MOS管的栅极驱动信号的脉冲宽度进行调整，以达到恒流的目的。变压器的原边接有缓冲网络( 或称阻尼网络) ，它是由VD6、R5、C5组成的，接入VD6可以使反峰电压通过 二极管 及电阻R5消耗其能量，降低反峰电压，以免开关过程中在原边绕组N1上出现的过高电压损坏功率MOS 管。

图9 OB2532 的典型应用电路

　　变压器的次级绕组的降压电压，经二极管VD7整流、C6滤波，去驱动发光二极管LED。

　　这个电路的优点是原边反馈控制，不用加光耦和稳压源TL431，比较简单，但需另接MOS 管。可以驱动10 只LED，其效率及输出电流如表3 和表4 所列。

表3 OB2532 典型应用电路的效率单位:%

表4 OB2532 典型应用电路输出电流精度单位:mA

　　4 LED 恒流驱动芯片之三:OB2535 /6 /8 系列

　　昂宝公司还推出一种类似Viper12A /22A 的产品，内置MOS 管，但仍然采用原边控制方案，不用光耦和TL431，空间紧凑，适用于单电压输入系统，可以驱动15W 以下的LED。其具体的应用电路如图10所示。有关这个电路各个元件的说明不再给出，它同图9 基本上是相同的，读者不难弄清楚各个元件的作用。图9 和图10 最大的区别，不过是原来外接的MOS 管换成内置的罢了。

　　5 LED 恒流驱动芯片之四:高功率因数的PWM 控制器SN03

　　SN03 也是昂宝公司的产品，它是一种高功率因数的PWM 控制器，特别适用于照明领域，如用来驱动LED 灯。

　　5. 1 SN03 的特点

　　(1) SN03 基本上是一个功率因数校正电路，和功率因数校正器 L6561 、 L6562 一样，内部含有如模拟乘法器、零电流检测器( ZCD)、带有前沿消隐( LEB)的电流检测比较器、用来驱动功率MOS 管的图腾柱输出等，也采用临界导通模式功率因数校正原理;

　　(2) 有很强的保护功能，如短路保护及过压保护，欠电压封锁，逐周电流限制，栅极驱动输出在内部有箝位，可以保护外接的MOS 管等;

　　(3)VCC 的电源电压范围很宽，在9. 5 ～ 28V 的范围内都可工作;

　　(4) 无音频干扰;

　　(5) 用于驱动LED 时，待机功耗低于0. 5W，且PF > 0. 95。

　　SN03 有8 条引脚，引脚名称与L6561 基本一样，只是1 脚的名称由INV 改为FB，其他各脚名称都一样，功能也不变。

图10 OB2535 /6 /8 系列的应用电路

　　5. 2 用SN03 驱动LED 的实用电路

　　将SN03 芯片用于驱动LED 的方法其实很简单，不过将原来的升压电感做成变压器，利用副边的降压绕组的输出电压经整流、稳压、滤波去驱动LED，如图11 所示。副边的输出电压和电流通过光耦和TL431，反馈到SN03 的FB 脚，作为控制信号，改变脉冲宽度( PWM) ，控制输出电压和电流，从而达到输出电流恒流的目的。

图11 用SN03 驱动LED 的电路

　　电路的各部分元件作用如下:

　　(1) 输入交流电压经桥式整流电容C1滤波，接变压器原边N1，然后与MOS 管的漏极相接，这与前面图9、图10 是一样的。电容C4、电阻R7、二极管VD2起阻尼( 缓冲) 的作用，消除开关过程中N1绕组上过高的电压，以免损坏MOS 管。辅助绕组N2经VD1整流、C3滤波为SN03 提供电源，同时经电阻R8接ZCD 脚，送去零电流检测信号。MOS 管源极电阻R10上的电流信号送CS 脚。这些连接方法和所起的作用与图9、图10 一样，触类旁通，读者不难理解。

　　(2) 输出LED 灯电流及输出电压的反馈是通过光耦及TL431 进行的，为了说明它的工作原理，这里先介绍可调稳压器TL431 的符号及使用方法。

　　TL431 有2 种封装形式，一种是三脚直插式塑封，另一种是双列直插式塑封。三脚直插式的引脚排列如图12( a) 所示，其使用连线如图12( b) 所示。它像一个稳压值可调的 稳压二极管 ，通过调节电阻R1与R2的比值，可以调节输出的稳定电压VO = (1 +R1 /R2) VREF，其中VREF为2. 5V。

　　如果R1 = 0，即将1、3 脚短接在一起，则输出电压就是固定的VREF值。

　　输出电流在图11 的电阻R16产生压降，输出电压则通过R9、R11改变左边TL431 的输出电压，两者都会使光耦的二极管电流发生改变，从而影响光耦 三极管 的电流，即改变反馈到FB 脚的电流，最终改变栅极驱动输出的脉冲宽度，达到输出恒流的目的。

　　用SN03 芯片驱动LED 发光，可以输出10 ～ 40W功率，适合作台灯、住宅照明、花园照明等。

图12 TL431 的引脚排列及使用

　　6 LED 恒流驱动芯片之五:准谐振回扫式PWM 控制器 OB2203

　　准谐振PWM 控制器OB2203 是昂宝公司推出的另一种驱动LED 芯片，输出功率较大。在正常的负载情况下，它工作于准谐振模式，为了满足CISPR －22 关于电磁兼容( EMC ) 的要求，其起始频率为150kHz，而其最大开关频率则由IC 内部限定为130kHz。为了提高转换效率，在轻负载情况下，它工作于脉冲频率调制方式( PFM) ，而当负载很小时，则工作于突发模式( Burst Mode) ，以减少开关损耗，这样，它的待机损耗很小，而转换效率很高。IC 内部有一个P 沟道MOS 管，它可以根据负载情况，自动地将PFC 级的电源关断或接通( 在方框图中该PMOS 管连到VCC 与PFCVCC 之间，控制它们的通断) ，使功率因数校正电路工作或不工作。

　　OB2203 具有很强的保护功能，如逐周电流限制( 过流保护OCP)、输出过压保护、VCC欠电压封锁、VCC箝位、栅极驱动箝位、过载保护、芯片过热关断( 当芯片温度达到140°C 时)、软启动以及最大开通时间限制(21μs) 等。最大的输出源电流和灌电流可达± 1A。

　　OB2203 的用途有:电源适配器，液晶( LCD) 监视器、电视机、个人电脑、机顶盒的电源，驱动LED 等。

　　6. 1 OB2203 的引脚名称及功能

　　OB2203 共有8 条引脚，各个引脚名称及功能如下:

　　(1) SS———多功能脚，在SS 与GND 脚间连接电容，可以设定软启动功能;另一个功能是如将SS 脚电压拉高到3. 8V 以上，可以作为锁存器的外部触发信号，将IC 关断。

　　(2) FB———反馈输入脚，由输入此脚的电平及3脚的电流检测电平可确定PWM 的占空比。根据此脚的电平，决定IC 在以下3 种模式中工作在哪一种模式:准谐振( QR)、脉频调制( PFM)、突发( BM)模式。

　　(3)CS———电流检测输入。

　　(4)GND———内部线路的地。

　　(5) GATE———图腾柱栅极驱动输出，用来驱动MOS 管。

　　(6)VCC———IC 芯片电源。

　　(7) PFCVCC———此脚通过低阻抗的开关( PMOS管) 直接连到VCC，在待机和启动时，开关断开，PFCVCC 是关闭的，一旦副绕组稳定后，PFCVCC 与VCC 相连，为PFC 提供电源。在有故障、无负载或轻负载时，开关断开，PFCVCC 是关闭的。在PFCVCC关闭时，PFC 部分不工作。

　　(8)DEM———变压器磁芯去磁的检测端，它也用作过电压保护(OVP) 的输出。

　　6. 2 OB2203 的工作说明

　　与普通固定开关频率的硬开关变换器相比，OB2203 准谐振回扫式变换器的特点是低电磁干扰(EMI) 和高转换效率，有很好的保护功能，节能高效，很适合作脱机回扫式变换器使用。下面对它的特点及工作作一些说明。

　　6. 2. 1 启动电流小

　　OB2203 通电后，VCC可以很快上升到开启阈值，即便采用高阻值的启动电阻，也能保证IC 可靠地启动，又能减少功耗。例如可采用2MΩ、1 /8W 电阻和VCC电容，就可以启动IC。

　　6. 2. 2 工作电流很小

　　OB2203 的工作电流很小，只有3mA。而在无负载或轻负载下，又能工作于扩展的突发模式(Extended Burst Mode) ，所以它的效率是很高的，可达88% 左右。

　　6. 2. 3 多种工作模式

　　OB2203 的工作模式有3 种，根据FB 脚的电压VFB而改变，如图13 所示。因为电压VFB反映了线电压和负载变化的情况。

　　(1) 在正常的工作情况下( VFB > Vth2)。

　　IC 工作于准谐振状态( QR)。频率随线电压和负载情况而变，当达到限定的130kHz 频率时，系统工作于断续导通模式( DCM)。应当优化系统的设计，使得在全电压范围和满负载的情况下，电路可以工作在指定的频率范围内。

图13 OB2203 的3 种工作模式与FB 脚电压的关系

　　(2) 在轻负载情况下( Vth1 < VFB < Vth2)

　　此时，系统工作于脉冲频率调制( PFM) 模式，以提高IC 的功率转换效率。在PFM 模式，开关周期的开通时间是固定的，并根据负载情况调整其工作频率。一般，在回扫式变换器中，负载减少导致FB 脚电压下降，控制器监控FB 脚的电压，改变系统的频率。但在PFM 模式下，仍保留其“波谷开关”特性(Valley switching characteristic) ，即在负载减轻时，系统自动地跳过一些波谷，从而降低其开关频率。在这样的情况下，自动地实现频率的匀滑下降，以达到很高的功率转换效率。

　　(3) 在零负载及很轻负载情况下( VFB < Vth1)

　　在这种情况下，系统工作于“扩展的突发模式”，此时，FB 的电压低于突发模式的阈值电平Vth1，只在VCC 电压低于某一预定电平或FB 脚输入为有效电平时，栅极驱动才有输出，使MOS 管导通，其它情况下，驱动输出为低电平，以减少MOS 管的开关损耗，并最大限度地降低待机功耗。在“扩展的突发模式”下，开关频率降为固定的22kHz，以消除可能存在的音频噪声。

　　6. 3 OB2203 的典型应用电路

　　OB2203 的典型应用电路如图14 所示。

图14 用 OB6563 + OB2203 组成的40W 以上的LED 驱动电路

　　这个电路的前面部分是用OB 6 5 6 3 ( 相当于 L6563 ) 提高功率因数，输出稳定的直流电源，为OB2203 提供直流电压，与一般的功率因数校正电路的工作原理一样，不再赘述。后面部分是由OB2203提供恒流来驱动LED，反馈控制来自副边绕组电压的整流输出通过光耦和TL431，去控制FB 脚的电流，保证输出恒压恒流。电路的工作原理和前面的Viper12A /22A 差不多，读者也不难理解。

　　这个电路的性能指标如下:

　　(1) 输出功率90W，19V /4. 73A;

　　(2) 待机功耗在264VAC 下为0. 28W；

　　(3) 平均效率88. 3% (90 ～ 260VAC) ;

　　(4) 轻载时，关闭PFC 部分以节省待机功耗;

　　(5) PF 值为0. 984(230VAC 满载时) ;(6) 输出稳定，OVP 小(ΔVOVP /VOVP小于5% )。

　　6. 4 采用 OB6663 来驱动40W 以上的LED

　　昂宝公司还生产另一种芯片OB6663，它实际上是将OB6563 和OB2203 合二为一，做成一块芯片，这样连线更简单，占用面积更少，使用起来更方便。电路的具体形式如图15 所示，从原理上讲它和图14 毫无二致，性能上也无差别。有关它的说明，不再赘述。

图15 用OB6663 驱动40W 以上的LED 灯

　　7 结束语

　　本文主要讨论了交流电驱动的大功率白光LED用芯片和实用电路。目前LED 大量在移动电话、数码相机、个人数字助理、便携式媒体播放器等装置中作为小尺寸LCD 显示屏 的 背光 照明 光源 使用，取代不够环保的CCFL，由于在这类装置中一般都使用可充电电池提供的低压电源供电，该类LED 光源所用的芯片及其实用电路与本文介绍的完全不同，属于另一范畴，在这里未能涉及，准备在另一篇文章中专门加以介绍。