LED 驱动器 EVALLED-ICL8002G-B3 PAR38 EVAL 用于 22 瓦可调光 LED 灯泡的带功率因数校正功能的准谐波反激变 换器 ICL8002G PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 修订历史: 2012 年 6 月 21 日 1.0 修订版 2012 年 6 月版 出版 英飞凌科技有限公司 德国慕尼黑 81726 号 © 2012 英飞凌科技有限公司 保留所有权利。 免责声明 本文中提供的信息在任何情况下不应视为条件或特性的保证。 对于本文中给出的任何例子、声明的任何典 型值和/或与设备的应用相关的任何信息，英飞凌科技在此拒绝承担任何类型的任何担保和责任，包括但不 仅限于不侵犯任何第三方知识产权的担保。 为方便客户浏览，英飞凌以下所提供的将是有关英飞凌产品及服务资料的中文翻译版本。该中文翻译版本 仅供参考，并不可作为任何论点之依据。虽然我们尽力提供与英文版本含义一样清楚的中文翻译版本，但 因语言翻译和转换过程中的差异，可能存在不尽相同之处。因此，我们同时提供该中文翻译版本的英文版 本供您阅读，请参见【AN_PAR38 EVAL-LED-ICL8002G】。并且，我们在此提醒客户，针对同样的英飞 凌产品及服务，我们提供更加丰富和详细的英文资料可供客户参考使用。请详见【Highly efficient LED Drivers - dimmable solutions】 客户理解并且同意，英飞凌毋须为任何人士由于其在翻译原来的英文版本成为该等中文翻译版本的过程中 可能存在的任何不完整或者不准确而产生的全部或者部分、任何直接或者间接损失或损害负责。英飞凌对 于中文翻译版本之完整与正确性不担负任何责任。英文版本与中文翻译版本之间若有任何歧异，以英文版 本为准，且仅认可英文版本为正式文件。 您如果使用以下提供的资料，则说明您同意并将遵循上述说明。如果您不同意上述说明，请不要使用本资 料。 信息 技术、交付条款和价格的更详细信息请与最近的英飞凌科技办事处联系（www.infineon.com）。 警告 由于技术需要，元件可能含有危险物质。 危险物质类型的信息请与您最近的英飞凌科技办事处联系。 若有理由认为元件的故障可能导致维生装置或系统发生故障，或者影响该装置或系统的安全性或有效性，则 只有在经过英飞凌科技的明确书面同意之后，才能把英飞凌科技的元件用在此类维生装置或系统中。 维生装 置或系统的预期用途是植入到人体中，或者支持和/或维护及维持和/或保护人类生命。 若它们发生故障，则 有理由假定可能危及用户或他人的健康。 试验报告 2 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 目录表 1 简介 4 2 特性列表 4 3 技术规格 4 4 设置 5 4.1 输入连接 5 4.2 输出连接 5 5 原理图 6 6 试验数据和波形 7 6.1 效率 7 6.2 启动 8 6.3 功率因数与 THD 9 6.4 功率 MOSFET 的波形 10 6.5 输出 11 6.6 输出电流调节 11 6.7 LED 开路负载保护 13 6.8 输出短路保护 14 7 调光 15 8 板的布局 16 9 材料表 17 10 变压器 20 11 相关文献 21 试验报告 3 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 简介 1 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 是针对高效率、高功率因数、低总谐波失真（THD）和隔离性设 计的可调光单级 PFC/反激 LED 驱动器。 ICL8002G 的准谐振工作模式、一次侧控制、逐个 周期电流控制、集成 PFC 和舍相调光控制功能使其成为可调光 LED 灯泡的理想选择，特别 是对于需要极高效率的可调光 LED 灯泡。 特性列表 2 • • • • • • • • • • • 高效率 > 89%。 高功率因数（>0.97）和低总谐波失真（THD）（<10%）。 高调光器兼容性。 具有隔离反激功能的准谐振工作方式。 采用集成 PFC 进行一次侧控制。 集成启动动力电池。 内置数字软启动功能。 逐个周期峰值电流限制。 VCC 过压和欠压锁定。 用于短路保护和热保护的自动重启模式。 用于输出过压保护的可调节栓锁模式。 3 技术规格 参数 输入电压 线路频率 输出电压 输出 LED 电流 输出功率 功率因数 THD 效率 表1 技术规格 试验报告 值 108-132 60 32-40 560 22 > 0.97 < 10 > 89 单位 Vrms Vdc mA W % % 4 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 设置 4 注意： 此评估板不具有防护人员触电的保护功能。 由于存在危险电压， 因此不要碰触带电板。 不要使通电的电路板无人看管。 4.1 输入连接 交流电源施加在共模电感附近的两个端子上。 输入电压连接请参考图 1，输入电压范围 请参考表 1。 为了进行调光操作，应按照调光器厂家提供的调光器说明把舍相调光器 连接到输入端子。 交流输入 图1 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 的上面 4.2 输出连接 输出与交流输入电源在功能上隔离。 应在电解电容 C3 和 C4 处连接负载。请参考图 2。请 确保不超过最高输出电压。 输出电压范围（串中的 LED 数目）请参考表 1。 输出 + 输出 - 图2 试验报告 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 的底面 5 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 原理图 Figure 3 PAR38 ICL8002G Schematic 6 Test Data and waveforms 图3 原理图 试验报告 6 有源阻尼器 有源分压器 线性调压器 无源分压器 5 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G ICL8002G 是能够在不同拓扑结构中工作的准谐波 PWM 控制器，例如在降压变换器和反 激变换器中工作。 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 采用反激拓扑结构设计，以提供隔离能力。 试验数据和典型工作波形在下图中示出。 非隔离降压拓扑结构的详情请参阅应用说明 AN-EVALLED-ICL8002G-B2。 试验数据和波形 6 6.1 效率 此控制器的准谐振工作方式与英飞凌的高性能 Coolmos™ HV MOSFET 相结合，产生很 高的转换效率。 下图是在 120 VRMS 标称输入电压下获得的。 效率取决于输出电压。 ICL8002G IC 设计为保持恒定输出功率。 若串中的 LED 数目减少（输出电压降低），则 LED 电流会提高，导致输出二极管中功率损耗增加。 这会导致轻微的效率损失，如图 4 所 示。 效率与输出电压的关系 输出功率与输出电压的关系 瓦 图4 试验报告 效率与输出电压的关系 7 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 此输出二极管是总功率损耗的一个重要贡献因素。 如果需要更高效率，可增加有源 整流，这能够把效率提高 1-2%。 图5 带有同步整流功能的二次侧 另一方面，如果更注重成本而不是效率，可以使用较低成本的组件代替 Q3、Q4 和 D5。 Q4 可替换为 IPD60R950C6，这会导致 0.1% 效率降低。 Q3 可替换为具有较低 VDS 和/或较 高 Rds-on 的 MOSFET，例如英飞凌的新 CE 500V VDS 系列。 使用 IPP60R950C6（较高 Rds-on） 代替 Q3 会使效率降低 0.25%。 通过取消有源阻尼器（在上图中以绿色突出显示）并使用 熔断器 F1 代替 33-47Ω 三瓦电阻来进一步降低成本。代替电阻会使效率降低 3% 左右。 还可以考虑其它降低成本的方法，包括把输出二极管 D5 或变压器更换为成本较低的产 品。 这些方法也可能影响效率。 6.2 启动 ICL8002G 集成有启动电池，用于对 Vcc 电容（C15）充电，以便快速启动控制器进入工 作状态。 请参考原理图。 集成启动电池能够实现很短的系统启动时间，同时不牺牲效 率。 下面的波形是在 C15 = 10uF 的条件下获得的。 如果需要更短的启动时间，可以 减小 C15 的值。 试验报告 8 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 图6 6.3 启动波形：输入电压（CH1，蓝色）、输出电压（CH2，青绿色）和输出电流 （CH3，粉红色） 功率因数与 THD 输入电流和电压波形在下面的图 7 中示出。 下图所示的输入电流波形为正弦波，与输入 电压同相，表明了很低的总谐波失真（THD）和很高的功率因数（PF）。 整个输入电压 范围内的实测 PF 和 THD 在下面给出。 图7 试验报告 输入电压（CH1，蓝色）、输入电流（CH2，青绿色） 9 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 功率因数和总谐波失真与输入电压的关系 输入电压 图8 6.4 功率因数和 THD 与输入电压的关系 功率 MOSFET 的波形 作为准谐波 PWM 模式控制器，当其漏极-源极的电压接近零时，ICL8002G 工作在 DCM/CCM 接通功率 MOSFET (Q4) 的边界条件下。 这能显著降低接通过程中功率 MOSFET 的容性开关损耗。 图 9 中所示的 VDS 波形表明准谐振工作方式。 传感电阻 R4、R25 和 R26 两端的电压波形量化了通过功率 MOSFET Q4 的电流。 图9 VDS 波形。 试验报告 功率 MOSFET（CH1，蓝色）、传感电阻（R4、R25 和 R26）电压（CH2，青绿色）的 10 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 6.5 输出 由于 PAR38EVAL-LED-ICL8002G 是单级设计，因此它产生频率为输入电压频率两倍的纹 波。 若需要更小的 LED 电流纹波，可以使用较大的输出电容。 此演示板的输出电 容（C3 和 C4）的规格是针对不产生可见光调制的输出电流纹波确定的。 图 10 输出电压波形（CH1，蓝色）、输出电流（CH2，青绿色） 如果用户的目标规格需要一种不同的输出电压与电流组合，现有的演示板就可支持，仅 需要进行一些较小的修改。 对变量器构型和传感电阻 R4、R25 和 R26 的值进行一些更改 后，反激拓扑结构即可支持各种工作电压和电流。英飞凌的 Lightdesk 工具有助于进行这 些更改。 请访问 www.Infineon.com/Lightdesk 并选择交流/直流可调光设计。 注：需要修改变压器上的辅助输出电压，以便使用包含在此设计中的 Vcc 调压器。 Lightdesk 的设计结果使用约 19V 缺省辅助电压，因此必须把辅助绕组的匝数提高 Lightdesk 计算值的 1.5 倍，以便在满载状态下提供 30V 目标辅助电压。 6.6 输出电流调节 PAR38EVAL-LED-ICL8002G 模拟白炽灯泡，其输出电流随输入电压成比例变化。 下图 11 中所示的输出电压和电流是针对 39V LED 负载的。 试验报告 11 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 输出电流 允许误差 Iout 与输入电压的关系 输入电压 图 11 输出电流与输入电压变化的关系 演示板能够使用输出端之间 32 至 40V 的电压范围驱动一串输出 LED。 围内，输出电流的影响在图 12 中示出。 在此输出电压范 输出电流与负载变化的关系 图 12 输出电流与输出电压变化的关系 若图 11 和 12 所示的性能不能满足您的最终应用，可以实现图 13 所示的前馈电路，以改 善输出电压和输入电压变化条件下的输出电流调节能力。 下面的电路能够在图 11 和 12 所示的条件下提供小于 5% 的线路和负载调节能力。 试验报告 12 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G + Vin 整流 连接到辅助绕组 IC CS 的引脚 LED Vf 和线路变化条件下的输出电流调节前馈电路 图 13 6.7 LED 开路负载保护 ICL8002G 通过引脚 ZCV 提供开路负载保护。 在发生开路负载时（输出电流降到零），输 出电压会提高。 辅助偏压（C13）耦合到二次侧。 当引脚 ZCV 上的电压达到 OVP 阈值时 （Vzcovp = 3.7V），IC 会停止开关操作，并栓锁。需要输入重新加电，以重启 LED 驱动器。 试验报告 13 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 图 14 6.8 输出电压（CH1，蓝色）、Q4 的栅极（CH2，青绿色）、输出电流（CH3，粉红色） 输出短路保护 若输出侧发生短路，则 Vcc 引脚电压会降到低于欠压阈值，从而激活自动重启模式。 图 15 试验报告 输出电压（CH1，蓝色）、Q4 的栅极（CH2，青绿色）、输出电流（CH3，粉红色） 14 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 7 调光 ICL8002 具有平滑的调光曲线，该曲线从满载光输出平滑过渡到最低调光水平， 如图 16 所示。 输出电流 电流与调光角的关系 输出电流 调光器相角 图 16 输出电流与调光器相角 我们已测试了此评估板的调光性能，获得了下面的调光器列表，结果表明没有闪变或闪 光。 此调光器列表不是所支持的调光器的完整清单，而是一部分常用并在北美市场有售 的调光器的清单。 在 PAR38 的设计中采用了有源阻尼、Vcc 调压和有源分压器（参见原理图），以最大限度 地提高调光性能。 若仅需要一些特定的调光器，或者需要非调光方案，则可以去除这些 功能块，并对无源电路进行调节，以最大限度地扩充这个固定的调光器清单。 这会显著 减少材料表（BOM）中的部件数量，并降低成本。 试验报告 15 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 厂家 LEVITON LEVITON LEVITON LEVITON LEVITON LEVITON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON LUTRON GE COOPER 表2 调光器部件号 类别号 6683 类别号 6684 类别号 6161 类别号 IPI06-1LX 类别号 IPI06 6631-LW CN-600 PHW DV603PG-WH D-600P-WH LG-600PH-WH LX-600PL-WH LXLV-600PL-WH MAW-600H-WH MCU04 NF-603P-WH S-600-WH S-600P-WH S-603PG-WH TG-600 PH-WH TGLV-600PR-WH 4YPH5 5PWL6 AY-600 PNL GE 0723 COOPER 47Y 调光器列表 若此板与在满载额定电流时低于 32V 的负载结合使用，则必须更改变压器的辅助比。 若使用低于 32V 的 LED 负载但不更改辅助绕组，则此方案可能因 Vcc 供电电压损耗而出 现闪变。 Vcc 电压与输出电压成比例。 请参阅第 6.5 节中关于如何更改设计以提供不 同输出电压和电流的注解。 8 板的布局 PAR38EVAL-LED-ICL8002G 采用 37.4 毫米 x87.2 毫米尺寸和 1.5 毫米厚度的双层 PCB。 一 次和二次电路之间有足够的爬电距离，可满足 2 类绝缘要求。 试验报告 16 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 图 17 上面 图 18 底面 9 材料表 组件 值 F1 MOV1 C1 熔断器，1.6A T-LAG IEC 熔断器 BELL FUSE 150VRMS 10 毫米半径可变电阻 EPCOS 厂家 部件号 RST 1.6AMMO S10K150 0.33uF 250V 金属聚合物电容 B32521C3334J 试验报告 厂家 EPCOS 17 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G C2 C3, C4 C5 2.2nF 630V 金属聚合物电容 220uF 50V 选择半径电容 Y CAP CER 1500pF 1KVDC RAD 电容 EPCOS SUNCON R4 RES 3.01Ù 1% 0805 SMD ANY R5, R27 RES 220Ù 1W 5% 2512 SMD VISHAY/DALE R6 RES 26.7KÙ 1% 0603 SMD ANY R7 RES 10Ù 1/8W 5% 0805 SMD ANY R8-R11 RES 750KÙ, 1/8W 5% 0805 SMD RES 2MÙ 1/4W 5% 1206 SMD B32529C8222J 50ME220CA VY1152M41Y5UQ VISHAY 63V0 C6 CAP CER 47nF 25V X7R 20% 0603 电容 MURATA GRM188R71E473 KA01D C7 EPCOS B32921C3333M X2 cap 33nF 305VAC 电容 C8 EPCOS B32921C3103M X2 cap 10nF 305VAC 电容 C9 GRM39COG470J CAP CER 47pF 50V COG 0603 电容 MURATA 50 C11 EPCOS B32922C3104M CAP 0.1uF 305VAC 电容 C12 CAP CER 1000pF 50V COG 0402 电容 GRM1555C1H102 MURATA JA01D C13, C14 CAP CER 10uF X7S 50V 1210 电容 TDK Corporation C3225X7S1H106 M C15, C17 CAP CER 1uF 50V X7R 0805 电容 GRM31CR71E106 MURATA KA12 C16 GRM155R71H221 CAP CER 220pF 50V X7R 0402 电容 MURATA KA01D C18 GRM1885C1H102 CAP CER 1000pF 50V 5% COG 0603 电容 MURATA JA01 L1 共模电感 6mH WURTH 750 311 895 ELECTRONICS T1 1.5mH WURTH ELECTRONICS 750312496 RES 4.7KÙ 1/4W 5% 1206 SMD ANY R1, R2 R3 RES 3.01KÙ 1% 0402 SMD ANY R13 R14 R15 R16 试验报告 VISHAY/DALE ANY RES 100KÙ 1/10W 5% 0603 SMD RES 10.0KÙ 1/10W 1% 0603 SMD RES 402KÙ 1/10W 1% 0603 SMD CRCW2512820RJ NEG CRCW0805750KJ NEA ANY VISHAY/DALE VISHAY/DALE 18 CRCW060310K0F KEA CRCW06032M10 FKEA 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G R17 RES 22Ù 1/10W 5% 0603 SMD R18 RES 3.92KÙ, 1/10W 1% 0603 SMD RES 240KÙ 1/8W 1% 0805 SMD RES 604KÙ 1/10W 1% 0603 SMD RES 100KÙ 5% 0402 SMD ANY R19 R20 R21 R22 R25 R26 U1 BR1 D1 D2, D3 D4 D5 CRCW06033K92F KEA VISHAY/DALE ANY ANY ANY RES 3.6KÙ 1W 5% 2512 SMD VISHAY/DALE RES 0.91Ù 1/8W 1% 0805 SMD ANY RES 6.81Ù 1% 0805 SMD ANY ICL8002G, P-DSO-8 Infineon 整流桥 GPP 400V 0.8A MBS-1, Comchip 4-SOIC Technology 二极管 GP 200V 250mA Micro Commercial MINIMELF Co 二极管开关 SW 75V .5A Micro Commercial MINIMELF Co 超快二极管 1A 600V SMA MICRO COMMERCIAL 肖特基二极管 100V 10A, SMPC VISHAY CRCW25123K60J NEG ICL8002G B4S-G BAV102-TP DL4151-TP ES1J-LTP V10P10 ZD1 ZD2 ZD3 Q1 齐纳二极管 18V 150mW SOD323 齐纳二极管 12V 350mW SOT23-3 齐纳二极管 6.8V 150mW SOD-323 PNP 双极变压器 65V SOT23BEC PNP 双极变压器 300V SOT23-3 Diodes Inc DDZ9705S Diodes Inc BZX84C12-7-F Diodes Inc DDZ9692S-7 Diodes Inc BC856B-7-F Diodes Inc MMBTA92-7-F 600mÙ 600V MOSFET, DPAK INFINEON INFINEON IPI60R190C6 IPD60R600C6 45Ù 600V MOSFET, SOT89 INFINEON Q2 N 型 MOSFET, 600V, 190mÙ Q3 Q4 Q5 Q6, Q7 表3 试验报告 BSS225 NPN 双极变压器 65V SOT323 Diodes Inc. BC846BW-7-F 材料表 19 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G 10 变压器 图 19 试验报告 变压器 20 1.0 修订版，2012 年 6 月 PAR38 EVAL-LED-ICL8002G PCB 布局设计为 2 类绝缘。 但是，在此评估板上使用的这个变压器不是针对 2 类隔离设计 的。 若需要 2 类绝缘，请与定制磁技术供应商联系寻求这种设计的援助，或者使用我们在 www.Infineon.com/lightdesk. 提供的设计工具。有许多铁心和绕线架选件可提供 2 类隔 离。 例如，PQ 20/16 的引脚布局与 RM8 的很相似，但与 RM8 绕线架相比能提供更好的 形状因数和更大的爬电距离，可实现 2 类绝缘。 11 英飞凌的相关文献 ICL8002G 数据表： http://www.infineon.com/cms/en/product/channel.html?channel=db3a3043266237920126b 71e3a221e91 ICL8001G/ICLS8082 设计指南： http://www.infineon.com/dgdl?folderId=db3a304314dca389011561889ef01fe7&fileId=db3a 30432a7fedfc012a8e9ff4d40493 英飞凌 Light Desk 设计工具：www.Infineon.com/Lightdesk 英飞凌 CoolMOS™ 高压 MOSFET：www.infineon.com/coolmos 英飞凌 OptiMOS™ 中压/低压 MOSFET：www.infineon.com/optimos 演示板订购编码：SP000993130 试验报告 21 1.0 修订版，2012 年 6 月