SM8207 LED ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● SM8207是一顆降壓型定電流的LED驅動IC,可應用 於很寬廣的AC輸入電壓從85Vac〜264Vac,而且在此 電壓範圍內皆有很高的功率因素來減少電源傳送損 失提高設備的供電效率. SM8207使用先進的平均電流電壓模式準諧振控制 拓樸,所以可以很精確的控制LED輸出電流在輸入變 動率很高的環境下並且調整出很好功率因素.因為是 在準諧振下工作功率半導體(Power MOSFET)的起始 電流皆會從零電流開始,如此可大大提高整體的效率 並且降低其電應力而提高功率模組的可靠度.SM8207 還有一個最小的0ff-time控制特點去提高在輕負載 時的效率,每個工作周期都有對外部功率元件(Power MOSFET)做限電流保護以確保輸出側短路時可能會有 燒燬的疑慮. 除此之外；SM8207也含有其他數種必要的保護機 制,保證模組在運作的過程中能得到充分的安全,它 包括有: 輸入低電閉鎖(UVLO)以及過電壓保護, 晶 片高溫保護(O.T.P), LED短路保護(S.C.P), LED開 路保護(O.V.P)並且皆有自動回復機制. SM8207提供 SOP-8的標準封裝. 準諧振控制方式去驅動高功率的LEDS 支援高功率因素>0.95 (從85Vac〜265Vac) 極低的起動電流 (5uA 典型值) 使用平均電流電壓模式控制拓樸 輸入低壓閉鎖(UVLO) 有最小off-time限制去提高輕載時的效率 輸出端短路保護(S.C.P)並且可自動回復 輸出端過電壓保護(O.V.P)並且可自動回復 晶片高溫保護(O.T.P)並且可自動回復 周期間的限流機制 IC供電腳的過壓保護 ● 一般LED照明系統 ● T8或T5 燈管 ● E27 球泡燈 D1 R3 R2 VIN ZCD COMP VCC R1 C3 SM8207 GATE FUSE CS C2 C1 GND Bridge Rectifier Rcs L1 Q1 Vac 〜 www.samhop.com.tw Cin Cout D2 1 Rev. 1.1 @ 2013/03 SM8207 Part Number ZCD 1 8 COMP VCC 2 7 GND VIN 3 6 CS GATE 4 5 N.C SM8207SL Marking SM8207SL △xxxxxx Packing Method Tape & reel Note: The letter “S” is marked for SOP package, and letter “L” is marked for Lead free parts. SOP-8 (正視) 1 ZCD 透過一個外部電阻去檢測電感電流,當零電流檢測迴路檢測到電感的電 流已經到達零電流時(電感被消磁),控制器會送出一個讓Power MOSFET再導通的信號,重 新啟動MOSFET. 2 VCC 並接一個4.7uF以上, Low-ESR陶瓷電容到IC的參考地. 它僅做供給 IC內部偏壓之用,外部不可使其短路或施加任何負載. 3 VIN 4 GATE 5 N.C 預留做其他功能目前無任何定義. 6 CS 放一個電阻介於Power MOSFET源極端與電感器之間去檢測電感器峰值電 流,進而達到平均電流控制目的. 7 GND 8 COMP 此腳位尚有針對輸入過高壓保護的功用. 輸出電流去驅動一個外部的N型Power MOSFET. 串聯一只電阻到MOSFET 的閘極來限制啟動峰值電流並穫得較佳的EMI. 當輸入低於UVLO閂鎖電壓時此信號被維持 在低準位. 線路所有的迴路皆以此做為參考點, 應儘量靠近而且線距要最短. 從此端放一個電容到地作為控制補償之用以穩定迴路操作. [備註說明]: IC參考地 GND Pin)與市電或橋式整流器的地是不同,萬萬不可將其接在一起,否則會燒燬晶片. www.samhop.com.tw 2 Rev. 1.1 @ 2013/03 SM8207 VIN to GND 48 V -0.3 to 5.5 V GATE to GND 22 V Junction To Ambient 導熱阻抗 (θJA) 102 ℃/W 界面能承受的最高溫度 150 ℃ 操作的界面溫度 -40 〜 +125 ℃ 儲存溫度範圍 -55 〜 +150 ℃ 260 ℃ VCC, COMP, ZCD, CS to GND 接腳溫度 (錫焊,10sec) [備註說明]: 如果操作於此絕對最大額定值,可能會有燒燬晶片造成永久性的失效之虞. Min Max Units VIN (輸入電壓) 10 18 V FSW (操作頻率) - 70 KHz TA (工作環境溫度) -20 85 ℃ 測試條件:VIN =18V, CVCC =CVIN =10uF, CCOMP=0.1uF, TA=25℃,除非有其他的註解,否則依此測試條件為主. Symbol Parameter Min Typ Max Units Test Conditions VIN pin) VIN_ON Turn-on threshold voltage 13 14 15 V VIN_OFF Turn-off threshold voltage 7 8 9 V - 6 - V 22 24 26 V - 5 10 uA 起動前的電流,VIN=10V 1.2 1.4 1.6 mA VCS=0 4.85 5.00 5.15 V 0 - 15 mV VCS=0 VIN_HYS UVLO Hysteresis VIN_OVP Input voltage over-voltage threshold IST Start current IOP Operating current (Internal Regulator) VCC Internal regulated voltage for bias supply VCC (LOAD) Load regulation of the VCC voltage www.samhop.com.tw 3 VCC pin connected a 10uF Capacitor to GND, ICC=0. ICC=0〜5mA Rev. 1.1 @ 2013/03 SM8207 測試條件:VIN =18V, CVCC =CVIN =10uF, CCOMP=0.1uF, TA=25℃,除非有其他的註解,否則依此測試條件為主. Symbol Parameter Min Typ Max Units Test Conditions (Error Amplifier) VREF Reference voltage for non-inverting input 304 314 324 mV VO (MAX) VCOMP output voltage range 0.3 - 4.90 V VCC=5.0V 64 - - dB Output open - 480 - uA/V Over current protection threshold 0.9 1.0 1.1 V Over current protection release threshold 285 300 315 mV - 400 - ns [註1] AV Open loop gain gm Transconductance OCP [註1] 針對CS腳位的測試 (Current Sense) TLEB Leading edge blanking time CS腳位的遮蔽時間 (Gate Driver) TRISE Gate driver output rise time - 75 90 ns TFALL Gate driver output fall time - 65 75 ns 50 61 70 us - 620 - ns CL=1000pF, from 0% to 100% CL=1000pF, from 100% to 0% (OSC) TST Start up period TON_MIN Minimum on time VCS=400mV (Zero Current Detection) RZCD ZCD Pin Pull-Down resistance 10 12 14 KΩ VZCD-UP ZCD Up latching threshold voltage 1.4 1.5 1.6 V VZCD = Increasing VZCD-DN ZCD down triggering threshold voltage 0.9 1.0 1.1 V VZCD = Decreasing VZCD-OVP ZCD Pin over-voltage protection threshold 2.5 2.65 2.8 V VCS = 0 V TZCD-BLK Blanking time for OVP detection of ZCD pin 1.2 1.6 2.0 us (Thermal Protection) TSD Thermal shutdown temperature - 140 - ℃ THYS Thermal shutdown hysteresis - 40 - ℃ [註1]: 此參數沒有經過實際測試,但是被設計保證是合格的. www.samhop.com.tw 4 Rev. 1.1 @ 2013/03 SM8207 VIN Under voltage Lock-out Over voltage protection Thermal shutdown LDO VCC Zero-Current Detector 1.5V R ZCD Q + S Q 12KΩ GATE S 1.0V + R OSC EN OVP GND EN OCP CS LEB + + 314mV - Minmum Off-time Scale Down Saw-Tooth waveform COMP 圖1: 功能方塊圖 www.samhop.com.tw 5 Rev. 1.1 @ 2013/03 SM8207 VZCD SM8207是一顆全電壓交流輸入定電流輸出的LED驅 動器,它專門為高功率或大電流LED的應用而設計 的,使用降壓式的平均輸出電流準諧振控制方法去 調整輸出電流可不受交流輸入電壓的變動而影響. 電感工作於連續導通與非連續導通之間,所以整體 的運作上可以有很高的效率及很低的電磁雜訊,以 下的功能討論請參考圖一(功能方塊圖)和圖二(應 用線路1)會有更深入的理解. 取樣點 0V TZCD_BLK=1.6us 圖3: ZCD正向延遲檢測時間圖 (UVLO) 此1.6us遮蔽時間是防止寄生效應而產生的瞬間暫 態雜訊使檢測線路發生誤動作而設計. 在遮蔽時 間過後,如果ZCD再檢測到低於1.0V的電壓,那麼閘 極驅動信號再次去驅動Q1,讓此運作週而復始持 續. Q1導通時間是被控制在幾乎是固定的 (constant ON-time))雖然AC輸入電壓會有高低的 變化,這是由於COMP腳外掛一個電容作為電流緩衝 啟動及高功率因素可被達成的原因. 當AC交流電輸入到橋式整流器後它將提供一個起始 電流去啟動SM8207(典型值是5uA),由於此啟動電流 甚小,因而可以連接一個較大的啟動電阻介於橋式 整流器的輸出和VIN腳位之間,如此可減小電阻上的 功率損耗,提高效率. 啟動期間;C2的電容會被緩慢 的充電透過電阻R2,R3和R4直到VIN達到14V的啟動電 壓. SM8207有一個低壓閉鎖遲滯比較器,將啟動與 關閉電壓分別設為14V和8V. 這個遲滯電壓能避免 因為AC電壓的瞬間變動而造成的異常動作發生,圖2 是此動作的詳細圖解. (CS) (TLEB) 為了防止Q1導通時,線路或寄生效應所產生的雜 訊,干擾正確的檢測信號,SM8207預設400ns的遮蔽 時間來避免此干擾源所發生的誤動作而能正確檢 測輸出電流.選擇R8的電阻可決定流過LED的電流. 它與內部314mV的參考值作比較,LED電流可以用很 簡單的計算公式得到: VIN 14V 8V ILED = T VREF 314mV = RCS (1) R8 (Ω) Gate OFF ON (VIN) OFF 圖2: UVLO的動作圖 為了保護LED驅動器不受損壞,SM8207在V IN腳增設 一個過電壓保護功能. 當V IN 電壓大於過高壓保護 的設定值24V時,閘極輸出立刻被關斷,進而把Q1關 閉. VIN過電壓保護功能是可自恢復型的保護,一旦 發生過壓保護的情形,驅動信號會消失除非VIN電壓 低於UVLO的低限值(約8V),才會重置此保護機制, 進而恢復正常的啟動模式. 轉換器啟動後,SM8207的閘極會送出驅動信號去驅 動外掛的Power MOSFET(Q1),然後VCOMP會緩慢遞增, 當補償腳電壓(COMP)與內部產生的三角波相交時Q1 即被關掉,此時電感所儲存的能量不但會使輸出側 緩緩的增加也會再提供給V IN達成連續的運作,而使 IC能夠順利的啟動. (ZCD) (Chip Thermal Protection) 正常操作時,MOSFET(Q1)在導通和關閉時會讓電感 器(L1)感應到正向及負向的開關波形,當Q1導通ZCD 接受到負向電壓信號,Q1關閉時ZCD腳會有正向電壓 信號產生.只要正向信號超過1.5V,ZCD延遲約 1.6us(如圖3所示)的遮蔽時間就會準備讓閘極驅動 信號再度導通,只要電感電流逆向導通到零. www.samhop.com.tw 當IC界面經歷很高的溫度(140℃)時,過溫保護動 作並立即關斷Q1,直到界面溫度降低至(約100℃) 後,才又重新恢復動作. 6 Rev. 1.1 @ 2013/03 SM8207 (LED Short Protection) SM8207的CS腳提供兩個功能:輸出電流檢測及過電 流保護. 當CS電壓超過設定值1.0V時,閘極輸出立 刻被關斷,進而把Q1關閉,此現象會持續直到下一個 週期的開始. 這種週期間的保護機制可以避免外部 零件的損壞在測試或生產的過程中.如果輸出側LED 被瞬間短路或則持續短路到地,輸出電壓會降低,同 時V I N 得不到能量的補充也隨之降低,一旦V I N 低於 8V,SM8207將會停止操作,接著IC所需的能量就必須 由橋式整流器輸出電壓經由起啟動電阻器來提供, 如此一來;整體的啟動程序就會如前所述,重新操 作. IL IPK=(Vac-VLED) / L * T_ON IPK IPK=VLED / L * T_OFF T T_ON T_OFF FET_ON FET_OFF 1 Cycle (LED Open Protection) 圖4: 電感電流的波形 正常操作下,如果LED負載被開路,電流變得很小, 控制器會把導通週期加大試圖做調整.在此條件輸 出電壓會增加很快直到ZCD腳的檢測到2.65V的電 壓並維持1.6us才關斷Q1.為了防止這個異常的高 壓燒燬IC,SM8207藉由外部稽納二極體(Vzn=27V) 作鉗位電壓保護. SM8207持續關閉直到V IN 降至8V 並升直14V後才又重新啟動. 公式3-電感計算公式: L= 在平常操作條件下,設計者必須注意選擇R11,R12的 值,使其遠離ZCD的跳脫值(2.65V)又能讓零電流檢 測電路穩定的工作.舉例說明如下: VLED 2.7 * ILED 1 FSW x Vac -VLED Vac x Ke 其中; VLED是LED串連的總電壓 ILED是LED順向電流 FSW是半週期頻率 Vac是交流電壓的有效值(R.M.S) Ke值是補償系數約0.9(當VLED=32V時) 已知的工作條件如下: VLED=32V, VZCD_UP=1.5V,VZCD_OVP=2.65V 公式2 --- Ke = RZCD VZCD_UP < VLED x x ( 90 – sin-1 (VLED /√2Vrms) 90 ) 2 < VZCD_OVP (R11+R12)+RZCD 由於LED與電感是串聯,所以輸入電壓必須要大於 VLED時LED才會有電流的流動.因此Ke即是半週期時 的導通角. 代入已知值 --12KΩ 1.5V < 32V x < 2.65V (R11+R12)+12KΩ 選擇V ZCD =2.0V, 得到R11+R12=180KΩ, 取標準 的電阻180KΩ. (L1) 流經電感的平均電流就等於LED的電流,而電感的 電流是一個三角波形,其波形圖4所示. 通常在全電 壓AC輸入的應用,半週期的工作頻率不能設計太高, 以免因為輸入高壓而影響交換損失的過大,使效率 降低,一般會建議設在60KHz內. www.samhop.com.tw 7 Rev. 1.1 @ 2013/03 1 CON2 1 TVR1 R1 10 1A F1 2 1 AC AC BD1 600V/1A - + 4 3 ZD1 27V C1 47nF R10 10 C2 22uF/35V R4 150K R3 150K R2 150K C3 10uF 4 3 2 1 ZD2 5.1V D1 0.5A/600V GATE VIN VCC ZCD U1 SM8207 ZD3 20V CS GND COMP 5 6 7 8 C4 0.22uF R5 10 R12 100K C6 0.1uF R7 100K D2 1A/600V R8 1R Q1 SDU05N05 R11 100K www.samhop.com.tw 8 注意事項: 1. PCB Layout時橋式整流的接地點與IC的參考地是不可接在一起,請務必遵守. 2. 執行LED短路測試時,不要直接把LED+,LED-做短路,請串聯一個10Ω的電阻,以免燒燬輸出電容. N L CON1 L1 680uH + 1 CON4 LED- LED+ Rev. 1.1 @ 2013/03 R9 47K C7 C8 220uF 220uF + 1 CON3 SM8207 SM8207 PACKAGE DIMENSIONS 8PIN SOP VIEW C E H θ D A L C VIEW C b e A1 Symbols INCHES MIN MAX MILLIMETERS MIN MAX A 0.053 0.069 1.35 1.75 A1 0.004 0.010 0.10 0.25 b 0.014 0.022 0.35 0.56 C 0.007 0.010 0.18 0.25 D 0.189 0.197 4.80 5.00 E 0.150 0.158 3.80 4.00 C1 X Y e C2 0.05BSC H 0.229 L 0.016 θ 0° 1.27BSC 0.244 0.050 5.80 6.20 0.40 1.27 8° 0° 8° X 0.0638 1.62 Y 0.1921 4.88 C1 0.0236 0.60 C2 0.0499 1.27 RECOMMENDED LAND PATTERN www.samhop.com.tw 9 Rev. 1.1 @ 2013/03