CM6900 Application Note A-002A

CM6900 Application Note A-002A
Design a High Efficiency LED Power
Supply Use CM6900+CM6807
Michael Lee
Introduction
近年來,由於能源短缺的問題愈來愈嚴重,同時新興工業國家對能源的需
求大增,在這樣的情形下,節能變成一個很重要的課題,因此各國針對照明
用電非常關注,由於現有的照明大部份都是較低發光效率 CFL 燈管,高亮度
的 LED 近年來備受關注,同時應用於 LED 的電源也產生了與傳統不同的變化,
因應高發光效率的 LED 其電源供應器也同時被要求高效率>88%以上。加上 LED
照明需要用定電流模式控制照度,所有應用於 LED 照明之電源也被要求增加
電流模式控制,因此用於 LED 照明時,高效率 LED 照明用電源變成很重要,
傳統的脈波調變(PWM)的切換式電源供應器對於如此高效率的要求,己經是捉
襟見肘。
虹冠電子針對 LED 照明市場的電源供應器特別將 CM6900 共振式控制器
與 CM6805/07 系列 PFC 結合,提出一高效率(>88%)具 Standby power(<0.5w)
以及具有定電壓/定電流器之 LED 照明電源供應器之完整解決方案。此方案可
適用於 100W 以上至 1KW 的電源供應器,可運用於各種 LED 照明,路燈、大
型 LED 看版、高瓦數體育用照明等等,皆可由此方案解決。由於此方案提供
了高效率>88%可以為客戶提供穩定的電源,降低維護的成本,同時也因為高
效率產品溫度下降延長了照明系統的壽命。
2008/04/17 Preliminary
Champion Microelectronic Corporation
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LED 350W 照明之系統規格
輸入規格
輸出規格
1. 輸入電壓 85Vac~264Vac
4. 電源頻率 47-63Hz
1.
2.
3.
4.
5. 工作溫度 50℃
5. 控制模式:定電壓/定電流
2. 輸入電流 5A MAX.
3. PF>[email protected] Full Load
Vo:36~40V
Io: 5A~10A
Voltage Ripple Noise:300mV
Current Ripple <0.1A
6. 效率>92% @230Vac Full Load
>90% @115Vac Full Load
7. stand-by <0.5W
<1W @0.35W Load
8. 散熱:自然風冷(無風扇)
9. 工作環境:密閉
1. LED 照明 350W 電源供應器方塊圖(有 STANDBY):
DC bus
395V
EMI
Filter
Half
Bridge
PFC
AC LINE
PWM
Start-up
Circuit
CM6807
PWM
Resonant
Controller
(CM6900)
PWM
ENABLE
LOAD SW
PWM
12VP
Stand-by
Power
2008/04/17 Preliminary
40V
Synchronous
Rectifier
12Vs
Champion Microelectronic Corporation
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CM6900 Application Note A-002A
2. LED 照明 350W 電源供應器方塊圖(無 STANDBY):
DC bus
385V
EMI
Filter
AC LINE
Half
Bridge
PFC
Start-up
Circuit
12VP
PWM
CM6807
12Vs
40V
Synchronous
Rectifier
PWM
PWM
Resonant
Controller
(CM6900)
LOAD SW
上述之兩個方塊圖,主要是針對有無 GREEN POWER 需求之應用,設計
者可以依據產品規格之需要使用,下列會依據兩種應用做說明。
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一、 應用電路圖(有 STANDBY 功能)
1. PFC+AUX POWER
+VDC
L1
L2
390V
D1
55uh
SF20L60U
R1
680KΩ
600uH/PQ3220
MA070-22-14-8S
(1.1mmX12)--T6,T1
F1 Fuse/250V5A
R2
2MΩ
2
T2--(N.C)
C2
C3
0.68uF/250VAC
4
C4
-
Q2
MMBTA44
t
3
3
2
STP21NM50/STP21NM50FD
D10XB60
+12VP
C11
N.C
C12
N.C
C9
220pF/250VAC
C10
220pF/250VAC
R9
91KΩ
Vsen/ENA
Q3
0.1uF/25VY
0.47uF/400V
1N4148
R6
470KΩ
R710Ω
C6
C8
C1
220uF/450V
C5
47nF/450V
STP20NM50/STP20NM50FD
Q1
BC817
PFCDRV
D2
2.5Ω/5A
C7
0.47uF/400V
R3
300KΩ
R4
10KΩ 1/2W
R5
2MΩ
1
+
0.22uF/250VAC
0.22uF/250VAC
3
RT1
ACINJET
+12VP
BD1
CM1
4
T2
1
1
CM1
2
1
2
3
1
2
3
4
T1
JA1
Q4
R8 0Ω
R10
47KΩ
Q5
BC807
R11
0.04Ω /2W
R12
100Ω
C13
U1 CM6807
100pF/25VN
1
2
3
+12VP
+12VPS
4
Q6
5
Vsen/ENA
BC817
GND
PWMOUT
IAC
PFC OUT
Isense
10
PFCDRV
+12VP
8
VCC
7
VEAO PWMtrif ault
FB
DCDRV
9
Trif ault
6
DCLIMIT
DCFB
R13
47KΩ/1K
C15
C14
+ C16
100uF/25V
C17
0.1uF/25VN
ZD1
R14
150KΩ
R15
10KΩ C18
C19
0.1uF/25VN
1nF/25VN
ZMM(15V)
0.1uF/25VY
1uF/25VN
C20
1nF/25V
R16
56KΩ
5VSB
+12VP
R17
R18
47KΩ
4.7KΩ
T3
1
12
2
11
6
10
9
+12VPS
D6 SS100
680K 1/4W
R26
C23
1nF/500V
SS100
1N4148
R20
56KΩ
4
LTV817B
4.7KΩ
C22
0.1uF/25VY
100uF/25V
D7
L3
4
U3
3
5VSB
5uH
R21
470Ω
3
2
1N4148
R24 47KΩ
R23
+ C21
U2
12VS
BC817
SD
Q8
5VSB
1KΩ
1
D4
Q7
D5
+VDC
R19
Trif ault
D3
1
R25
1KΩ
2
LTV817B
Q9
R22
1KΩ
C24
DCFB
R27
0.1uF/25V
2N7002/SOT
+ C25
100uF/25V
5
7
8
PQ-20/20
C30
470nF/450V
+VDC
D8
US1J
5A/30V
2N7002/SOT
+ C26
C28
C29
+ C27
1000uF/10V
0.1uF/63V
0.1uF/63V 470uF/10V
10KΩ
ENABLE
ZD2
ZMM(15V)
High active
C31
0.1uF/25VY
R28
U4
CM431BCM233
47KΩ
C32 222M/250V Y1
STP8NM70
R30
Q10
DCDRV
10Ω
47KΩ
R31 1KΩ
DCFB
R32
R33
2Ω 1/4W
2008/04/17 Preliminary
Champion Microelectronic Corporation
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R29
1KΩ
CM6900 Application Note A-002A
電路說明:
在上圖中,PFC 與輔助電源是採用 CM6807 來達成,CM6807 可以達到空
載<0.5W 的功率損耗,所以有空載低損耗的要求下都可以使用此架構。
2. HB POWER STAGE
+VDC
D5 1N4148
+VDC
Q8
13A/500v
R19
47Ω
C26 222M/250V Y1
C27
100pF/1KV
DRVH
R20
47KΩ
C28
PQ-20/20
1
6
5
DRVHGND
T3
IRF3710
R21 47KΩ
+40V
L3
12
T4
47nF/630V
C29
47nF/630V
40VSYNDRVL
Lp(1.5mH)
Q9
CN2
0.8uH/10A
D6 SS16
R23
47Ω
11
2
Q10
C34
10
40VSYNDRVH
13A/500v
0.1uF/63V
+ C30
+ C31
1000uF/50V1000uF/50V
+ C53
+ C32
C33
1000uF/50V
1000uF/50V
0.1uF/63V
IRF3710
C35
100pF/1KV
DRVL
R25
47KΩ
+15VP
9
Q11
D10
S16
3
8
4
7
ERL-35
R22 47KΩ
15VS
D12
8
7
6
5
4
3
2
1
R24
0.005Ω /1W
CN2.54-P10
Io+
S16
電路說明:
上圖為 LED 照明用電源供應器 DC/DC 之主架構,此為半橋串聯共振(SRC)
架構,同時利用同步整流提高 DC/DC 的效率,此架構可以將 DC/DC 的效率提
高到 96%以上,解決業界使用 LLC 效率約 92%,也不容易實現同步整流的問題。
採用此 SRC 架構後,由於 CM6900 同步整流實現容易加上主變壓器效率更高,
SRC 的架構變成最佳的選擇。
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8
7
6
5
4
3
2
1
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3. CM6900 CV/CC MODE CONTROLLER
Ip V=7.5V @10A
3.75V=@ 5A
C44
1nF/25V
IPLIMIT
R41
20KΩ
R42 150KΩ
Vc is constant
=2.5V
12VS
12VS
Q15
BC817
U5B
R43
LM358
+ 3
1
R44
10KΩ
13.5KΩ
- 2
R45
8
8
U5A
D13 1N4148
12VS
LM358
+ 5
7
- 6
C46
+ C45
Io+
T6
100uF/25V
5
1KΩ
2.2uF/63V
4
R46
DRVH
Q16
4
Q17
2N7002/SOT
39KΩ
R47
CN2
2
1
BC807
1KΩ
2
1
C47
1nF/25V
6
3
DRVHGND
C48
1nF/25V CN 2.54mm
12VS
Load switch
High On=10A,
Low Off=5A
+40V
R48
12KΩ
Q18
BC817
2
7
8
EE19
Q19
R49
1.5KΩ
U6
1
2
3
VREF
4
R50 430KΩ
R51
5
2MΩ
C49
R52
100KΩ
6
1nF/25V
ZD3
ZMM(3.6V)
R55
1KΩ
C50
SD
R54
1KΩ
C51
1nF/25V
7
0.1uF/16V
R61
150K
R58
100KΩ
8
R57
47KΩ
C52
C53
100pF/25V
1uF/25V
IPLIMIT
R59
R60
7.5KΩ
1KΩ
BC807
12VS
Rset
VFB
VREF
VCC
FEAO
PRIDRV
D_IN-
PRIDRVB
D_IN+
SRDRV
DEAO
SRDRVB
CSS
GND
Ilim
RT/CT
16
VREF
15
12VS
14
Q20
BC817
13
12
R53
11
R56
9
CM6900
4.7Ω 1/4W
40VSYNDRVH
10
12VS
VREF
C55
BC807
47KΩ
C54
0.1uF/25V
Q21
C56
620pF/25VN
0.1uF/25V
12VS
Q22
BC817
R62
4.7Ω 1/4W
40VSYNDRVL
Q23
BC807
電路說明:
在 LED 照明的電源供應器的高效率的要求下,在 DC/DC 採用 SRC 架構
後,必須有一個適用的控制 IC,虹冠電子的 CM6900 成為最好的選擇,CM6900
有內建同步整流驅動,OVP/OCP 以及更好的軟起動方式,同時有 FM+PWM 的
操作模式,應用在定電流/定電壓模式變成很容易。
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DRVL
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二、 應用電路圖(無 STANDBY 功能)
1. PFC+AUXPOWER 電路
飛線接至二次側 (TP1,TP2)
L1
+VDC
L2
600uH/PQ3220
55uh
MA070-22-14-8S
(1.1mmX12)--T6,T1
F1 Fuse/250V5A
395V
D1
SF20L60U
R1
2MΩ
R2
2MΩ
2
T2--(N.C)
1
1 2
2 3
3
C2
CM1
C3
4
C4
0.68uF/250VAC
-
+
1
D15XB60
STP20NM50/STP20NM50FD
3
C7
0.47uF/400V
C10
N.C
C11
N.C
C8
220pF/250VAC
R9
91KΩ
C9
220pF/250VAC
C5
47nF/450V
STP20NM50/STP20NM50FD
Q1
BC817
PFCDRV
+12VP
C1
220uF/450V
R6
390KΩ
R710Ω
D2
2.5Ω/5A
R3
2MΩ
R4
10KΩ 1/2W
Q2
MMBTA44
3
2
3
2
R5
2MΩ
0.22uF/250VAC
0.22uF/250VAC
RT1
+12VP
BD1
4
T2
t
ACINJET
CM1
1
1
JA1
4
T1
Vsen/ENA
C6
Q3
Q4
0.47uF/400V
1N4148
Q5
R8 0Ω
R10
47KΩ
BC807
R11
0.1Ω /2W
C12
220pF/250VAC
R12
100Ω
C13
100pF/25VN
U1 CM6807
1
2
3
+12VP
+15VP
4
Q6
5
Vsen/ENA
BC817
GND
PWMOUT
IAC
PFC OUT
Isense
VCC
VEAO PWMtrif ault
FB
DCLIMIT
10
9
+12VP
PFCDRV
8
7
R13
47KΩ
6
R14
47KΩ
R15
C14
47KΩ/1K
C20
0.1uF/25VY
+ C16
100uF/25V
C21
C17
10nF/25VN
0.1uF/25VY
ZD1
R16
27KΩ
1uF/25VN
C18
C19
0.1uF/25VN
0.1uF/25V
ZMM(15V)
R17
C22
R18
56KΩ
100KΩ
C15
Q7
0.1uF/25VY
2N7002/SOT
CN1
0.1uF/25VY
C23
0.1uF/25VY
2
1 2
1
CN 2.54mm
電路說明:
在上圖中,PFC 是採用 CM6807 來達成,而輔助電源則利用 PFC CHOKE
上之輔助繞組來完成,其輔助電源之輸出電壓由 PFC CHOKE 之圈數比來決
定,因此其電壓(15VS=PFC Vdc / Nratio )
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2. 半橋功率級
+VDC
D5 1N4148
+VDC
Q8
R19
47Ω
13A/500v
C26 222M/250V Y1
C27
100pF/1KV
DRVH
R20
47KΩ
C28
PQ-20/20
T3
1
6
5
DRVHGND
D6 SS16
Q10
CN2
0.8uH/10A
11
C34
10
13A/500v
C35
100pF/1KV
DRVL
40VSYNDRVH
IRF3710
+15VP
+40V
L3
Q9
2
R23
47Ω
R21 47KΩ
IRF3710
12
T4
47nF/630V
C29
47nF/630V
40VSYNDRVL
Lp(1.5mH)
+ C30
0.1uF/63V
+ C31
1000uF/50V1000uF/50V
R22 47KΩ
9
8
4
7
C33
0.1uF/63V
R24
15VS
3
+ C32
1000uF/50V
CN2.54-P10
0.005Ω /1W
Io+
D12
S16
S16
ERL-35
3. 控制電路
Ip V=7.5V @10A
3.75V=@ 5A
C36
1nF/25V
IPLIMIT
R26
20KΩ
R27 150KΩ
Vc is constant
=2.5V
12VS
Q12
BC817
U2B
+
1
-
R28
LM358
3
R30
10KΩ
13.5KΩ
2
+
7
-
LM358
5
6
15VS
2N7002/SOT
39KΩ
R33
1KΩ
4.7K
R34
CN3
2
1
R37
12KΩ
+ C42
+ C55
220uF/25V
R54
6.8KΩ
R55
6.8KΩ
R38
1.5KΩ
ZD3
ZMM(14V)
1Ω 1/4W
T POINT S
D9
SS100
100uF/25V
6
3
TP2
DRVHGND
1
12VS
Q16
BC817
2
7
DRVL
15VS
U3
3
VREF
R45 430KΩ
4
R53
5
2MΩ
C44
R39
100KΩ
1nF/25V
C45
6
7
R41
1KΩ
C46
1nF/25V
EE19
Q17
1N4148
2
R42
1KΩ
T POINT S
DRVH
8
D11
1
ZD2
ZMM(3.6V)
+ C43
5
2.2uF/63V
BC807
SS100
R56
1
220uF/25V
Load switch
High On=10A,
Low Off=5A
Q14
D8
TP1
C41
1nF/25V CN 2.54mm
+40V
+ C39
100uF/25V
C40
1nF/25V
1KΩ
2
1
T5
100uF/25V
BC817
4
R35
C38
+ C37
Q13
Io+
Q15
4
12VS
R31
8
8
D7 1N4148
12VS
12VS
U2A
0.1uF/16V
R46
150K
R47
100KΩ
R44
47KΩ
8
C47
100pF/25V
C48
1uF/25V
IPLIMIT
R49
R50
7.5KΩ
1KΩ
BC807
12VS
Rset
VREF
VFB
VCC
FEAO
PRIDRV
D_IN-
PRIDRVB
D_IN+
SRDRV
DEAO
SRDRVB
CSS
GND
Ilim
RT/CT
CM6900
C49
0.1uF/25V
16
VREF
15
12VS
14
Q18
BC817
13
12
R40
11
4.7Ω 1/4W
40VSYNDRVH
10
R43
9
12VS
VREF
C50
Q19
BC807
47KΩ
620pF/25VN
C52
0.1uF/25V
12VS
Q20
BC817
R51
4.7Ω 1/4W
40VSYNDRVL
Q21
BC807
2008/04/17 Preliminary
8
7
6
5
4
3
2
1
Q11
D10
R25
47KΩ
+ C53
1000uF/50V
8
7
6
5
4
3
2
1
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CM6900 Application Note A-002A
電路說明:
上圖中 LM358 OPA 就是用來做定電流模式之迴授放大電路,加上此電路
即可將 CM6900 應用於定電流模式。在此 LM358 將輸出電流流經 R24 的電壓
放大 150 倍,在經 R26,R35 分壓後由 LM358 做 buffer 加入電壓回路,使得
輸出電流被控制在固定值,圖中 CN3 可以外接一個開關(SW) ,當 SW 開路時,
Q15 之 GATE 為 HIGH,此時 LM358 之輸出被分壓(由 R26 與 R35//R28 分壓)
為 2.5V 在最大輸出電流(10A)下做定電流輸出,當 SW 短路時,Q15 之 GATE
為 LOW,此時 LM358 之輸出被分壓(由 R26 與 R35 分壓)為 2.5V 在一半輸出
電流(5A)下做定電流輸出。在此控制電路之電源由 PFC CHOKE 之輔助繞組供
應 15VS 之電壓,再經一穩壓電路供應至 CM6900。
結論:
LED 照明的應用越來越多,高效率的電源供應器>90%已經是趨勢,面對
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2008/04/17 Preliminary
Champion Microelectronic Corporation
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