LED非隔离驱动IC

Initial Objective Specification
用于非隔离型LED照明的单级Buck控制器HB5814
功能特性简述
●可用于单级PFC转换校正
●非隔离的BUCK架构
●超低启动电流（典型值12uA）
●能力
●电流临界连续模式实现低开关损耗
●LED短路和开路保护
●逐周期原边电流限流
●输出过流快速钳位COMP电压
●芯片供电过压和欠压保护
●芯片过温保护
●自动重启功能
●ISEN上电短路检测
●栅驱动电压钳位11V，降低开关损耗
●采用TSOT23-6封装，极简的外围应用。

应用
●GU10/E27 LED球泡灯、射灯
●LED PAR30、PAR38灯
●LED 日光灯
●其他LED照明
概述
HB5814是一款单级、带有源功率因数校正的高精度LED恒流控制芯片，适用于85V AC-265V AC全范围输入电压的非隔离BUCK结构的LED电源。

由于工作在电感电流临界连续模式，功率MOS管处于零电流开通状态，开关损耗得以减小，同时提高了变压器的利用率。

采用恒定导通时间工作模式实现了外围电路的简化和高的功率因数校正。

芯片提供多重保护检测功能可实现高可靠性LED照明系统。

典型应用：
图1 带PFC功能的非隔离典型应用电路管脚定义 (TOP VIEW)
SOT23-6封装
ISEN
GND
COMP ZCS
VIN
DRV
芯片最大工作范围
VIN, DRV --------------------------------------------------------------------------------------------------- -0.3V to 20V ISEN，ZCS, COMP ---------------------------------------------------------------------------------------- -0.3V to 6V 工作结温度------------------------------------------------------------------------------------------------- -40 to 1500C 存储温度---------------------------------------------------------------------------------------------------- -55 to 1500C ESD ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 2kV
封装热阻
SO8, θJA--------------------------------------------------------------------------------------------------- 880C/W
SO8, θJC---------------------------------------------------------------------------------------------------- 450C/W
推荐工作条件
VIN---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8V~16V
工作结温度------------------------------------------------------------------------------------------------- -40 to 1250C
环境温度---------------------------------------------------------------------------------------------------- -40 to 850C
模块功能框图
图2 功能框图
电气参数
典型情况Temp=25℃ VIN=12V(NOTE1)
工作描述
HB5814是一款可实现PFC功能的恒流BUCK控制器。

主要针对于非隔离型的LED照明应用。

通过采用恒定导通时间的工作模式实现高功率因数校正。

同时实现了更简单的控制框架和应用电路。

为了降低开关损耗和提高EMI性能，芯片采用了边界导通模式，在漏电压为低的时候导通功率管。

另外
HB5814还具有极低的启动电流（典型值12uA），最大工作频率被钳至200 kHz以降低开关损耗和提高EMI性
能等特点。

HB5814提供了全面可靠的保护功能，例如LED的短路和开路保护，输入电源过压保护，过温度保护，
ISEN短路检测，输出过流钳位COMP，原边逐周期过流检测等。

应用描述
1．启动
在AC电源或直流BUS上电之后，电容C VIN通过BUS和VIN引脚之间的启动电阻充电。

当VIN上升到
VIN_ON时，内部电路开始工作。

由于内部电流的损耗，VIN的电压将会被拽低直至辅助线圈能够提供足够的能
量来维持VIN高于VIN_OFF。

整个启动包含两个部分。

如图3所示，t STC是对C VIN进行充电阶段，t STO是输出电压建立阶段。

通常t STO远小于
t STC的建立时间。

t
t
R
图3 启动波形
启动电阻R ST和C VIN的设计按照如下原则:
a)R ST电阻的设计需满足一下原则。

ST
BUS ST
OVP
VIN BUS I V R I V <<_ b)
选择合适的ＣVIN 以获得合适的启动时间并确保输出能够一次建立起来。

ON
CC ST
ST ST
BUS
VCC
V t I R V C _)(
⨯-=
c) 如果C VIN 太小而不能一次性建立输出电压。

那需要增加C VIN 并减小R ST ，回到a)步骤重新设计直到得到理想的启动过程。

2. 恒流控制，输出电流设置
HB5814采用了专有的电流采样和输出电流估算机制，无需次级反馈电路，即可实现高精度的输出恒流控制。

LED 输出电流的计算方法：
CS
REF
OUT R V I ⨯
≈5.0 其中，V REF 是内部基准电压， 3. 自动重启计时器
HB5814内部集成自动重启计时器。

该计时器在功率管关断后开始计时，一旦ZCS 检测电感电流过零失败，该计时器在10us 或170us 后自动发送导通信号给功率管。

芯片会根据ISEN 的电压选择10us 还是170us 重启时间。

动态选择的自动重启时间可实现对输出电流更精确的估算和控制。

4. COMP 预充电和软启动
在VIN 电压超过VIN_ON 之后，芯片不会输出PWM 信号直至COMP 电压超过0.9V 。

COMP 的启动分为两步。

芯片内部先大电流（~380uA ）快速将COMP 充至0.8V ，之后为小于36uA 的电流对COMP 充电直至稳定值。

由于需要实现高PFC 值，通常COMP 需要接一个大的电容（推荐2uF ）。

所以COMP 会缓慢的升至稳定值，从而也实现了软启动功能，避免了输出电压和电流的过冲。

典型的COMP 引脚启动波形如图4所示。

t
t
t
图4 COMP 启动和软启动功能 5. 芯片关断
在交流电源掉电后，存储在BUS 电容上的能量会被消耗掉。

当变压器的辅助线圈不能够提供足够的能量给VIN 时，VIN 电压会降低。

一旦VIN 电压低于VIN_OFF ，芯片就会停止工作，COMP 电压也会被放电至零。

6. 反馈网络
HB5814通过ZCS 来反馈输出电流过零的状态，ZCS 的下降阈值在0.1V ，迟滞电压为0.2V 。

同时ZCS 引脚也用来探测输出过压保护(OVP),阈值为V 。

ZCS 的上下分压电阻比例可以设置为
A
P
OVP ZCDH ZCDL ZCDL N N V V R R R ⨯=+48.1
其中，R ZCSL 是反馈网络的下分压电阻, R ZCSH 是反馈网络的上分压电阻， V OVP 是输出电压过压保护设定点， N P 是主级线圈的匝数， N A 是辅助线圈的匝数。

7. 线电压补偿
芯片提供线电压补偿功能以提高线电压调整率。

由于ISEN 引脚的采样延迟以及内部的其他延迟，输出电流会随输入线电压的增加而增加。

于是芯片在功率管开启时对ISEN 引脚增加一个小的补偿电压量ΔV ISEN_C 来抵消该效应。

该补偿量的大小可由R ZCSH 调节。

k R N N V V ZCDH
P AUX BUS C ISEN ⨯⨯⨯
=∆1
_ k 为芯片内部设定的调节系数，约为30。

越小的R ZCSH 可实现更大的线电压补偿，通常R ZCSH 范围为100k Ω~1M Ω。

5. 保护功能
HB5814具有多重保护功能来加强系统的可靠性。

VIN 和ZCS 都具有过压保护功能，比如当输出开路或者大的瞬态响应发生，输出电压会过压，此时就会触发VIN 或者ZCS 的过压保护，系统停止开关动作。

当LED 短路时候，ZCS 无法检测到过零电流点，系统工作在自动重启状态限制了输出功率，从而实现低功耗保护。

同时VIN 电压也会掉至欠压，系统停止开关工作。

其他异常情况发生时，比如ISEN 采样电阻短路，系统在启动时会对其进行检测并触发锁死保护。

在大的输入电压变化时候，原边有逐周期限流保护，同时芯片内部对估算出的次边输出电流有过流快速钳位COMP 电压功能，从而实现了输出电流限流并加快系统从大电流状态进入稳定恒流态的响应速度。

HB5814过温保护电路检测芯片结温度。

当结温度超过1500C 阈值时，会触发保护逻辑并锁死，系统停止开关工作。

直到结温度下降30C 后，系统才重新开始启动。

系统进入锁死保护状态后，VIN 电压开始下降；当VIN 到欠压保护阈值的时候，系统将会重启。

同时系统不断检测负载状态，如果故障解除，系统会重新正常工作。

6. PCB 设计
在设计HB5814 PCB 板时候，需要注意以下事项： a) VIN 引脚的旁路电容需要紧靠芯片的引脚。

b) 地线：电流采样电阻的功率地线尽可能短，且要和芯片的地线分头接到母线电容的地端。

c) 功率环路的面积：减小大电流环路的面积，如变压器主级、功率管及吸收网络的环路面积，以及变压器次
级、次级二极管、输出电容的环路面积，以减小EMI 辐射。

d) ZCS 引脚：接到ZCS 的分压电阻必须靠近ZCS 引脚，并且节点远离变压的动态变化走线。

7. HB5814亦可应用于不需高PFC 值，<5W 的非隔离性LED 照明应用中，可实现输出电流无100Hz 低频纹波，提供高品质照明。

应用电路如下图5所示。

AC input 90~264V
RT1
Cout 100nF
Fuse1
L1
CX1
CX2
L2
DB1
C14.7uF
R11M
ILED=300mA
R4 10
R5100K R615K
D3
R70.5
R7 10
COMP
ISEN GND DRV VIN ZCS
C5100nF C410uF
Q1
R10 20K
图5 不带PFC 功能的输出无100Hz 低频纹波恒流照明应用
TSOT23-6L Package outline
NOTE: 尺寸均采用mm 为单位。