CL6807应用技术

SEMICONDUCTOR
LED照明驱动IC—高效率CL6807
Green Lighting
LED高节能：节能能源无污染即为环保。

直流驱动，超低功耗（单管0.03瓦-1 瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。

LED长寿命：LED光源被称为长寿灯。

固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5万到10 万小时，比传统光源寿命长10倍以上。

LED利环保：LED是一种绿色光源，环保效益更佳。

光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不
含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。

LED工作原理
.LED工作的主要参数是VF/IF，其它相关的是颜色/波长/亮度/发光角度/效率/功耗。

.VF正向电压是为LED 发光建立一个正常的工作状态。

.IF正向电流是促使LED 发光，发光亮度与流过的电流成正比例。

.LED VF标称电压：3.4V± 0.2V 。

. LED IF工作电流按应用需要选用，各挡不能混用。

LED Lamp用各档LED 电流：
LED(VF=3.4V) 一般功率LED 大功率LED
IF工作电流 15-20mA 200-1400mA LED 亮度控制技术
LED 的亮度由流过的电流决定，然而对于不同的LED，相同的电流对应
的正向电压却不相同，表1列出了针对一个高亮度LED的典型正向电压和
驱动电流的相互关系。

表一
电流（mA） VF,MIN(V) VF,TYP(V) VF,MAX(V) 350 2.79 3.42 3.99
700 3.05 3.76 4.47
1000 3.16 3.95 4.88
由于在不同的应用环境电源电压不同，以及LED正向电压的不同，为了确保LED最佳的性能和长久的工作寿命，就需要一个有效的恒流驱动电
路，而不是传统AC/DC或DC/DC的恒压控制来实现，通常采用一个电流
检测电阻反馈LED电流实现其恒流控制。

LED驱动器的选用理念
. 随着大功率LED普遍在灯光装饰和照明中的普遍使用，功率型LED驱动显得越来越重要。

用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC（功率因素校正）和恒流问题，还需有比较高的的转换效率，有较小的体积，能长时间工作，易散热、较低的成本，抗电磁干扰，和过温、过流、短路、开路保护等。

.在LED照明领域，要体现出节能和长寿命的特点，选择LED驱动器至关重要，没有好
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的驱动器IC的匹配，LED照明的优势无法体现。

.大功率LED是低电压、大电流的驱动器件，其发光的强度由流过LED的电流决定，电流过强会引起LED的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度，因此，LED的驱动需要提供恒流电源，以保证大功率LED使用的安全性，同时达到理想的发光强度。

CL6807特点和应用
DC-DC降压恒流式LED驱动器
特点：
. 输入范围从5V到35V
. 输出电流高达1.2A，内置大功率MOFET
. 效率高达99％
. 超低的关断电流
. ±5％输出电流精度
. LED开路保护
. 模拟/PWM调光功能选择，高达5000:1的PWM调光比
. 内部含有抖频特性，有效地改善了EMI
应用：MR16射灯、LED装饰照明、汽车的辅助照明灯
频率抖动改善EMI原理
开关电源采用脉宽调制(PWM)控制方式，开关频率不断提高，其高频开关波形含有大量谐波成分，通过传输线和空间电磁场向外传播，造成传导和辐射干扰。

频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。

频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变，而是周期性地由窄带变为宽带的方式来降低EMI，来减小电磁干扰的方法。

频率抖动技术通过扩展电源噪声频谱的方式降低了窄带EMI。

对于可以抖动多少的振荡器频率(fS)，存在一些局限性。

其中一些局限因素是开关损耗和磁路设计。

为了将升压电感尽可能的保持较小，并将开关损耗保持在可控范围内，频率抖动应不超过基本频率的20% 至30%。

图一（a）没有采用频率抖动 (b)采用频率抖动
采用频率抖动技术时，谐波幅值降低并且变得平滑，高次谐波接近连续响应。

减小
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EMI的效果十分显著。

LED的亮度（输出电流）调节
调节亮度一般有三种方法，一是通过调节电流检测电阻大小实现调节电流；二是通过改变基准电压（LED电流等于基准电压除以电流检测电阻）；三是脉冲宽度调光（PWM）。

然而，前两种方法（模拟调光）在改变LED亮度的时候无法保证LED的色度。

为了避免电流变化引起的色度偏差，脉冲宽度调光(PWM)是一种有效的方法，PWM调光是保持正向导通电流不变，而是控制电流导通和关断的比例，从0到100%的范围来调节亮度。

比如，要控制LED亮度为33%，则在每个周期电流开通33%，模拟调光和PWM调光如图2所示。

PWM调光
模拟调光
图 2 模拟调光和PWM 调光对比
为了避免眼睛能够看到LED的导通和关断，PWM调光的频率要高于100Hz。

高于100Hz，眼睛就会对导通和关断时间进行平均，仅仅看到由PWM占空比决定的有效亮度。

PWM调光的优势是LED正向导通的电流一直是恒定的，LED的色度就不会像模拟调光一样会变化。

PWM调光可以精确控制LED的亮度的同时，也保证LED发光的色度。

对于一定频率的PWM调光，调光的范围取决于LED电流从关断到达到设定值的时间。

100Hz的PWM调光最小占空比为0.2%，调光比为500:1（0.2%～100%），假如PWM调光频率为
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1kHz，则调光比为50:1（2%～100%）。

附：采用555实现占空比可调的方波发生器
产生的方波接入CL6807系统IC CL6807的DIM脚。

附二：如下图DIM脚接一个80-500K的可调电阻，即线性调光。

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CL6807直流/交流输入应用方案直流输入方案
. 输入电压范围：5-35V
. 输出电流高达1.2A
. 外部元器件少
. 调光特性好，PWM/模拟调光
12-24VAC 应用方案
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输出带载和效率曲线
动态温度调节
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DIM 端内部是一个1兆上拉电阻（Rup ）接到内部5V 电源。

DIM 端的电压由Rup 和NTC
分压决定，利用模拟调光的原理以及温度对LED 电流的负反馈实现动态温度控制。

NTC 也可以由二极管来实现，或者二极管串热敏电阻等方法。

过温保护
如图所示可以实现过温保护，当灯杯或LED 温度高于一定值时关断LED 电流，当温度降低后，重新开启。

外部元器件选择 元器件选择表： RS 精度大于1% RS=0.1/ILED,比如要输出350mA,
则RS=0.1/0.35=0.2857OHM
100uf(工作电压>30V) 输出电流小于400mA
100uf(工作电压>30V) 输出电流大于400mA CIN 直流电压输入，输入电容可以小一点
SS14 输出电流小于800 mA
SS24 输出电流大于800 mA D 正向压降尽可能低的肖特基二极管，可以提高效率
33-47uH(饱和电流>1.8A) 输出电流在800mA 到1200mA
47-68uH(饱和电流>1.2A) 输出电流在400mA 到800mA 68-100uH(饱和电流>0.6A) 输出电流小于400mA L DCR 越小，效率越高
整流二极管 正向压降尽可能低的肖特基二极管，电流能力一定要满足应用，
原则上大于1.5*Iout*Vout/(0.8*Vin)
CL6807芯片应用特点
. 电感越大，工作频率越低，恒流效果越好；
. 输出电流越大，需要电感值越小，电感选择方便；
. 输出电压越高，效率越高，3颗1W 串联比1颗3W 效率高； . 系统损耗由RS 损耗（0.1*Iout ）、电感DCR 损耗（DCR*Iout2）、 功率开关导通损耗
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（Rsw*Iout2）、功率开关开关损耗（正比于开关频率）等主要部分组成；
. 通常电感越大，功率开关开关损耗越小，但是DCR会变大，对应电感损耗变大；
. 反馈电压100mV，RS损耗业界最小，功率开关导通电阻Rsw为0.6欧姆，也比较小，效率比一般产品高；
. 内部含有过温保护功能，外部可以设计过温保护，对LED有双重保护；
. 采用SOT89-5封装，热阻仅为45℃/ W，散热特性很好。

CL6807应用注意事项
.AC12V 整流管和续流二极管D一定要选用低压降的肖特基二极管，以降低自身功耗。

.电感的饱和电流必须大于输出电流1.5倍。

.CL6807 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／cm2 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，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。

CL6807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，PCB 设计中用滤波和屏蔽手段可进一步减小 EMI。

CL6807与主要竞争对手比较
1×1W
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3*1W
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1*3W
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LED射灯
. AC/DC 分为220V交流输入和12V交流输入。

12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。

针对替代卤素灯的设计，CL6807的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1.2A，恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。

. 取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或3W。

LED灯与卤素灯相比有两大优势：(1)光源比较集中，1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；(2)LED 灯的寿命比卤素灯长。

. LED 灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。

但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。

. 3颗1W串联比1颗3W的工作效率高。

CL6807 MR16应用原理图：
SEMICONDUCTOR 1. 电路原理
上图为应用原理图，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。

C1，C2是滤波电容， 把脉动直流变换成平滑的直流。

R1是取样电阻， 它决定恒流源的绝对精度。

L1是镇流电感，把100KHz 的脉冲电流变换成三角波电流，L1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。

2．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 CL6807 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，它决定一批产品的绝对精度，建议 RS 的最低精度不要小于百分之一。

CL6807-MR16应用推荐使用元器件： 表一
R1 精度大于1% R1=0.1/ILED,比如要输出350mA,则
R1=0.1/0.35=0.2857OHM
220uf(工作电压<25V) C1 100uf(工作电压>35V)
陶瓷贴片电容/直插电解电容
D5 耐压40V 输出电流小于400mA 推荐使用SS14,大于
400mA 推荐使用SS24
D(1-4) MBRS14(整流二极管) 导通压降0.3V,有利提高系统效率
33-47uH(饱和电流>1.8A) 输出电流在800mA 到1200mA
47-68uH(饱和电流>1.2A) 输出电流在400mA 到800mA
L1 68-100uH(饱和电流>0.6A) 输出电流小于400 mA
具体应用器件参数：
表二
应用参数
器件 1W 3W 5W
R 0.3欧姆 0.15欧姆 0.1欧姆
D5 SS14 SS24 SS35 L1 68-100uH(饱和电流>0.6A) 47-68uH(饱和电流>1.2A) 33-47uH(饱和电
流>1.8A)
C1 220uf/25V 220uf/25V 470uf/35V
可提供MR16 DEMO
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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，如图五所示。

它具有体积小，价格便宜的优点，常用于卤素射灯的电源。

由于卤素灯的钨丝热惰性很大，对电压降和电压波形的变化不敏感，用电子变压器供电能正常工作。

LED 是电子器件，反映速度快，有正向压降，V/I 特性呈指数曲线等特性，高频电子变压器作LED 输入电源会面临一些技术问题。

首先是有一些厂家的电子变压器采用间歇振荡的方式进行A C-AC 变换，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，如图六所示，这种电源有下面问题：（1）内阻很大。

（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，如图六所示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。

图七的波形是电子变压器接在电路板上全波整流后的电压波形，有10.4V的有效电压，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。

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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，CL6807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低于1KHz ，测量的结果没有参考价值。

图五卤素射灯专用高频电子变压器
图六电子变压器输出的交流波形
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图七用电子变压器后全波整流后电压
CL6807多路实现100W应用方案
CL6807应用电路稳定性，利用单路带载20W，采用5路，则实现100W应用的方案。

CL6807-100W应用推荐使用元器件（单路×5）：
R1 精度大于1% R1=0.1欧姆/1W
C1 47Uf(工作电压>50V)
D1 IN5822
L1 33-47Uh(饱和电流>1.8A) 输出电流在800mA到1200mA
注意事项
CL6807是40伏的CMOS工艺制造的，电子功率器件要安全可靠地工作，必须留有足够的冗余度，如果没有良好的散热条件，不推荐在高于 AC25V和DC35V和电源电压波动大于12%的环境中使用。