国半可控硅调光方案--LM3445

并不属于纯阻性负载 若与 TRIAC 调光器搭配一起，可能会有问题 出现！
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利用 TRIAC 调光器调控 LED 亮度的潜在问题
(1) 导角较低时灯光会出现闪烁
Vac ( 导角为 30o) LED 输出电流
交流电通过 “0” 点时，TRIAC 调光器处于关断状态 典型的 LED 驱 动器会被关闭，以致无法驱动 LED。 导角较低时，LED 的启动时间虽然很短 (频率为 100/120 Hz)，但肉眼 仍可察觉得到，因此令人觉得灯光不停闪烁。
R2
Tri-State
6V
DIM Decoder
50K 333K
FILTER1 C1
5KHz OSC/ RAMP
Biblioteka Baidu
PWM
3V 1V 1.25V
C_LIM 200uS Fdly
• 由于 MOSFET 翻转比较器的输出，因此 MOSFET 漏极电压的持续时间与 输入 Triac 电压的占空比成正比。
CS PGND • RC 滤波器将该电压平滑滤波，得到一个 稳定的 FILTER2 电压，然后将这个平均 电压用作 PWM 控制器的参考电压，来 调整 LED 的连续电流。 Coff CONTROLLER Rcs
DRIVER OUT
S Q Q R
3V 1V
DIM FILTER2 Cf
LEB
• BLDR 引脚电压高于 7.21V 时 (即 TRIAC 调光器已启动) 电流泄放电阻会断开，以便提高
CS CONTROLLER PGND Rcs
效率。
Coff
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LM3445 – 相位检测及 DIM 调光信号译码器
THERMAL SHUTDOWN
DIM 调光信号译码器
• FILTER1 引脚的直流电压和 5 kHz 的锯 齿波比较，所得到的脉冲宽度和 DRIVER OUT FILTER1 引脚的平均电压成反比。
S Q Q R
BLEEDER COFF ASEN DIM DECODER
4V 750mV 1.25V Toff,max 200uS
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LM3445 – 主/从系统的操作
• LM3445 可以允许级连的方式工作，这样便可利用一个 Triac 调光器来控制多串 LED 的亮度。 可以 实现对多串 LED 亮度一致的控制!!
• 当 LM3445 芯片的 FLTR1 引脚电压高过 4.9V (典型值) (最理想是连接到 VCC )时, 斜坡比较器被关闭, 使调光信号译码器失效。 成为被动控制的 LM3445 • 只要将多片 LM3445 驱动器或 PWM LED 驱动器 (从属器) 的 DIM 引脚连接一起, 便可利用一颗 LM3445 芯片 (主控器) 控制多颗从属芯片。
5 kHz 内部拉锯波形
VDIM
DIM 比较器输出端的内置 MOSEFT 漏极信号 750 mV Vfilter2
DIM 调光信号译码器
相位检测
VBLDR Vfilter1
专用的相位检测器及 DIM 调光信号译码器先 将 TRIAC 的斩波信号转化为模拟或数字调整 信号，这样便可利用 TRIAC 调光器对 LED 的亮度进行线性调整 !!
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可保留原有 TRIAC 调光器 但改用 LED 灯泡的照明系统
采用 LM3445 芯片的应用电路 可以解决 TRIAC 调光器的亮度调控问题
如何解决导角较低时出现的 LED 闪烁问题
导角较低时，LED 会产生 100 Hz/ 120 Hz 的闪光，以下 简单解释如何利用 LM3445 芯片解决这个闪光问题…...
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利用 TRIAC 调光器调控 LED 亮度的潜在问题
(3) TRIAC 调光器启动时输入电流会出现波动
L
TRIAC 调光器启动时，输 入电压的 dV/dt 升幅若太急
TRIAC
调光器
速，会令输入滤波器的电压 出现波动，而且每半个周期 也会出现一次逆向电流。
TRIAC调光器错误启动
N
LED 灯光的闪烁问题 !!
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TRIAC 调光器 (正向相位控制调光器) 的工作原理
• 由 R1、R2 及 C1 组成的 RC 延时电路可以令 TRIAC 调光器延迟启动，直至 C1 的电压上升至触发交流二极管 (Diac) 的触发电压。 • 电位器的电阻越大 (滑动指针越向下滑移)，启动延迟时间便越长。这样可缩短 Triac 调光器的 “导通时间” 或缩小其 “导通角” (θ)。 • 输入负载的平均供电就会减少。
输入栅极 信号
逆向电流
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可保留原有 TRIAC 调光器但改用 LED 灯泡的照明系统
可支持 TRIAC 调光器的美国国家半导体 LM3445 LED 驱动器的基本工作原理
可支持 TRIAC 调光器的 LM3445 LED 驱动器: 电路图及结构框图
R1
Triac Dimmer 14 V
L1
SSL Bulb
Incandescent Bulb
LED Protection Circuit LED Regulation Circuit Phase Decoder Circuit AC Rectification EMI Filtering
MAINS AC
MAINS AC
TRIAC Wall Dimmer
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利用 TRIAC 调光器调控 LED 亮度的潜在问题
(2) 保持电流不足以将 TRIAC 调光器维持在导电状
态下
• 许多交流/直流 LED 驱动器都加设简单的桥接整流器。当 输入电压波形处于峰值时，驱动器只在一段极短的时间内 取用电源的电流 不会为了维持 TRIAC 调光器的正常导电状态而在每一 周期的其余时间耗用交流电供电干线的电流 !
BLDR ANGLE DETECT dly
5us 4V
VCC
LM3445
230 300
R3
7.2V
VCC uvlo 7.66/6.60
THERMAL SHUTDOWN
BLEEDER COFF ASEN DIM DECODER
4V 750mV 1.25V Toff,max 200uS S R Q Q
DRIVER OUT
R1
Triac Dimmer 14 V
BLDR ANGLE DETECT dly
5us 4V
VCC
7.2V
300 230
VCC uvlo 7.66/6.60
THERMAL SHUTDOWN
• 为何必须加设电流泄放电阻? -- 在 Triac 调光器没有启动前，必须为其提供直流 通路，以确保其调控电路可以正常工作 以此来保证前面提到的震荡阻尼和 LM3445 维持导通的效果!!
R1
Triac Dimmer 14 V
相位检测
• 导通角检测电路及其滤波器 可在滤波器 L1 1 (FILTER1) 引脚产生直流电平，而这 一电平与 Triac 调光器的导通角是相对
BLDR ANGLE DETECT dly
5us 4V 7.2V
VCC
应的。 LM3445
300 230
R3
VCC uvlo 7.66/6.60
R2
Tri-State
6V
DIM Decoder
50K 333K
FILTER1 C1
5KHz OSC/ RAMP
PWM
750mV
3V 1V 1.25V
C_LIM 200uS Fdly
CS CONTROLLER PGND Rcs
DIM FILTER2 Cf
LEB
Coff
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LM3445 – “导通角” 检测电路
LM3445 芯片的导角检测功能及 调光信号译码器
7.2 V 230
• 将 TRIAC 的斩波波形转为模拟直流 参考信号，而这一信号与 TRIAC 调光器的导角呈线性的正比关系 • 根据参考信号改变降压转换器的 占空比
TRIAC Wall Dimmer
BRIGHT DIM
R1≈ 250kΩ
BRIGHT
TRIAC
R1≈ 250kΩ
DIM TRIAC
MAINS AC
R2≈ 3.3kΩ
MAINS AC
LOAD C1≈ 100nF DIAC
R2≈ 3.3kΩ
LOAD C1≈ 100nF
DIAC
不但可保留原有的调光器，而且调光效果毫不逊色！
L1
R3
BLEEDER COFF ASEN DIM DECODER
4V 750mV 50K 333K C_LIM 1.25V 200uS Fdly 1.25V Toff,max 200uS
R2
Tri-State
6V
DIM Decoder
FILTER1 C1
5KHz OSC/ RAMP
PWM
• 当 BLDR 引脚电压低于 7.21V 的阈值时 -- 即 TRIAC 仍未启动 电流泄放 MOSFET 先导通，给稳压 器提供一个小负载 (230 ohm)。
放大
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LM3445 LED 驱动器的典型波形 (II)
Vref (750 mV) Vfilter
2
VCS Vgate
ILED
I_ave
降压稳压器
随着 Triac 调光器的导通角逐渐缩小，LM3445 会降低它内部比较器的参考电压 (V_filter2)。
只要调低降压转换器的占空比，便可调低 LED 的连续电流。这样可避免出现 120 Hz 的闪烁!!
R Q
VCC uvlo 7.66/6.60
THERMAL SHUTDOWN
BLEEDER COFF ASEN DIM DECODER
V BLDR 4V
1.25V Toff,max 200uS
R2
Tri-State
750mV 6V 50K 333K C_LIM
FILTER1 C1
PWM
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3V
LM3445 – 电流泄放电阻
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LM3445 – 谷底填充方式的功率因数校正电路
充电期 放电期
Vin >
谷底填充电路的功能作用：
Vin <
• 让降压稳压器可在整个交流周期都可以取用输入线路的供电 – 无源功率因数校正功能
在 100%亮度时，功率因数可以达到 0.9，这样便可符合美国环保局能源之星的规定 ! 不会产生 120 Hz 的闪光！
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可保留原有 TRIAC 调光器 但改用 LED 灯泡的照明系统
利用 TRIAC 调光器 调控 LED 亮度的潜在问题
典型的开关模式交流/直流 LED 驱动器
• 大部分荧光管、小型荧光灯以及 LED 灯都贴有一张说明 纸贴，声明 “不适用于采用 TRIAC 调光器调控亮度” • 一般的交流/直流开关模式 LED 驱动器
固定关断时间控制功能的优点
• 当输入或输出电压改变时，都能确保流过 LED 的平均电流及纹波电流恒定不变 即使输入电压改变或 LED 的压降 (VLED) 随着温度变化而出现漂移，LED 的亮度都能保持均匀!! • 无需补偿电路
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LM3445 LED 驱动器的典型波形 (I)
放大
Vfilter1
可以调控灯泡亮度的 TRIAC 调光器
最常用的亮度调控方法是采用三端双向可控 硅 (TRIAC) 相控调光器
白炽灯泡或卤素灯 效果极好
节能的小型荧光灯 90% 不理想，对于特别类型 的小型荧光灯来说，调光效果极差
更换新的 LED 灯泡 并不理想，经常出现灯光闪 烁的情况
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利用传统的 TRIAC 调光器调控 LED 灯的亮度
DIM FILTER2 Cf
LEB
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LM3445 – 浮动的恒流降压稳压器
Q2 开 Q2 闭
VLED _ total VBUCK
D
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LM3445 – 简介: 固定的关断时间控制方法
• 固定关断时间控制架构：其运作原理非常简单，也就是设定关断 时间，允许导通时间变化。这样，开关频率是随着输入或输出电 压的改变而变化。
• 外置串行稳压器
可将 TRIAC 调光器的整流电压 转换为可利用 LM3445 芯片 BLDR 引脚检测的电平。
R1
Triac Dimmer
D1 Q1
14 V
• 由于 Q1 的源极没有电容
BLDR VCC
L1
ANGLE DETECT dly
5us 4V 7.2V
230 300
因此 BLDR 引脚的电压可跟随 TRIAC 调光器的整流电压一同上 LM3445 R3 升或下降。 • 即使 TRIAC 调光器的供电被关断， 也可利用电容来维持 VCC 引脚的 电压。 DRIVER OUT 为 LM3445 芯片提供正常的工 S Q 作电压。
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TRIAC 调光器可支持白炽灯….
减慢 dV/dt 电压的急速升势， 以便减少电磁干扰 纯阻性负载的特性 可为 LC 滤波器及 TRIAC 的 保持电流提供阻尼效应
采用电感及电容滤波器的 TRIAC 调光器电路的应用实例
由于白炽灯属于纯粹阻性负载，因此利用 TRIAC 调光器调控其亮度 完全没有问题...