ETC BP2808

概述
应用
BP2808 是一款驱动 LED 的恒流控制芯片,系统应
用电压范围从 12VDC 到 600VDC,占空比最大可达
100%。支持交流 85V-265V 输入,主要应用于非隔
离的 LED 驱动系统,也可以用于 Flyback 隔离方
案。BP2808 采用专利技术的源级驱动和恒流补偿
方法,使得 LED 电流从交流 85V-265V 范围内变化
小于±3%。而且,BP2808 采用专利技术的驱动结
构,使得系统 18W 的 LED 日光灯方案中,在交流
85V-265V 范围内系统效率高于 90%。在交流
85V-265V 范围内,BP2808 可以驱动从 3W 到 36W
的 LED 阵列,
广泛应用于 E14 / E27 / PAR30 / PAR38
/ GU10 等灯杯和 LED 日光灯。
BP2808 具有多重 LED 保护功能包括 LED 开路保护、
LED 短路保护、过温保护。在系统故障出现的时候,
电源系统进入保护状态,直到故障解除,系统又
重新进入正常工作模式。
BP2808 采用 SOP8 封装。
‹
‹
‹
‹
‹
‹
LED 日光灯
PAR30/PAR38/GU10/E27 LED 射灯、球泡灯
LED 路灯
LED 洗墙灯
LED 信号灯
LED 景观灯
特点
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
‹
源级驱动结构
恒流补偿技术
低成本的 EMC 解决方案
支持可控调光
±5%的输出电流精度
高达 95%的系统效率
LED 短路保护、LED 开路保护
芯片内部过温保护
复用 DIM 引脚进行 LED 模拟调光、PWM 调光和
系统动态温度补偿
93%
251
92%
250
91%
249
IOUT (mA)
Efficiency (%)
典型应用
90%
89%
248
247
88%
246
85
105
125
145
165
185
205
225
245
265
Line Voltage (VAC)
85
105 125 145 165 185 205 225 245 265
Line Voltage (VAC)
VS
图表 1 效率和恒流特性
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 1
图表 2 典型应用图
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 2
管脚
管脚描述
管脚号
管脚名称
1
GND
2
LN
3
VDD
电源输入端,必须就近接旁路电容
4
OUT
内部功率开关的漏端,外部功率开关的源端
5
NC
悬空
6
CS
电流采样端,采样电阻接在CS和GND端之间
7
RT
设定功率开关关断时间
8
DIM
描述
信号和功率地
峰值阈值的线电压补偿,采样 LN 和 VDD 之间的电压
开关使能、模拟和 PWM 调光端
定购信息
定购型号
封装
温度范围
包装形式
打印
BP2808ESO8
SOP8
-40 oC 到 85 oC
Tape and Reel
BP2808
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 3
极限参数(注 1)
符号
参数
参数范围
单位
VDD
电源电压
-0.3~18
V
LN
线电压补偿
-0.3~18
V
内部功率开关的漏端
-0.3~20
V
电流采样端
-0.3~6
V
开关使能、模拟和 PWM 调光端
-0.3~6
V
RT
设定芯片工作关断时间
-0.3~6
V
IOUT
功率开关输出电流
0.8
A
功耗(注 2)
0.5
W
PTR
热阻, SOP8(θJA)
150
TJ
工作结温范围
OUT
CS
DIM
PDMAX
TSTG
储存温度范围
o
C /W
-40 to 150
o
-55 to 150
o
C
C
3
ESD (注 3)
kV
注 1:最大极限值是指超出该工作范围,芯片有可能损坏。推荐工作范围是指在该范围内,器件功能正常,但并不完全
保证满足个别性能指标。电气参数定义了器件在工作范围内并且在保证特定性能指标的测试条件下的直流和交流电参数
规范。对于未给定上下限值的参数,该规范不予保证其精度,但其典型值合理反映了器件性能。
注 2:温度升高最大功耗一定会减小,这也是由 TJMAX, θJA,和环境温度 TA 所决定的。最大允许功耗为 PDMAX = (TJMAX TA)/ θJA 或是极限范围给出的数字中比较低的那个值。
注 3:人体模型,100pF 电容通过 1.5kΩ 电阻放电。
推荐工作范围
符号
参数
VDD
TOPT
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
参数范围
单位
电源电压
0 ~ 16
V
工作温度
-40 to +85
www.bpsemi.com
o
C
Page 4
电气参数(注 4, 5)
o
(无特别说明 VDD=12V, TA=25 C)
符号
说明
VDD
条件
Input Voltage
VUVLO
IST
VUVLO, HYS
最小值
典型值
11
最大值
单位
16
V
Under voltage lock out
VDD rising
8.5
10
V
Start up current
VDD=8V before startup
30
100
uA
UVLO hysteresis
2.5
V
电流采样
VCS-TH
Current sense threshold
Current sense blank
TLEB
ΔVLN = 0
240
250
260
mV
VCS=VCS-TH+50mV
500
ns
Sense to output
VCS=VCS-TH+50mV
650
ns
ΔVLN =VLN -VDD
ΔVLN = 1V
-30
mV
TOFF
Fixed turn off interval
RT=270K
VRT
RT voltage
interval
TDELAY
Δ[email protected] ΔVLN
固定关断时间
9.7
10.8
12
us
1.1
1.25
1.4
V
工作电流
Quiescent supply current
IOFF
VDIM<0.4V
90
µA
Operating supply current
FOP=50kHz
200
µA
VDIM
Internal supply voltage
DIM floating
5
V
VDIM_H
DIM input voltage High
VDIM_L
DIM input voltage Low
VDIM_DC
DC brightness control
with output off
IOP
调光
2.5
0.8
DIM pull up resistor to
RDIM
Internal supply voltage
IDIM_L
V
0.3
V
2.5
V
100
kΩ
DIM input leakage low
VDIM = 0
50
uA
SW On Resistance
VDD = 12V
0.8
Ω
内部 MOSFET
RSW
ISWmean
ILEAK
Continuous SW Current
700
mA
5
µA
SW Leakage Current
0.5
TSD
Shutdown Temp.
150
℃
TSD-hys
TSD Hysteresis
20
℃
过温保护
注 4:典型参数值为 25˚C 下测得的参数标准。
注 5:规格书的最小、最大规范范围由测试保证,典型值由设计、测试或统计分析保证。
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 5
应用信息
BP2808 是专门驱动 LED 的恒流控制芯片。BP2808 工作在连续电流模式的降压系统中,芯片通过控制
LED 峰值电流和纹波电流,从而实现 LED 平均电流的恒定。芯片使用非常少的外部元器件就实现了恒
流控制、模拟调光、PWM 调光和可控硅调光等功能。
连接在 RT 的电阻设定 MOSFET 的关断时间。每个周期开始,MOSFET 打开直到电感电流上升到峰值
I P = VREF / RCS (mA) 。这时 MOSFET 关断,关断时间由 Toff = 4 × 10 −5 × RT (us ) 决定。过了设定的关断
3
时间,MOSFET 又重新打开,这样周而复始地工作。关断时间控制了纹波电流 IR=(10 *TOFF*VLED)/L(mA),
LED 平均电流 I LED = I P − 12 × I R ( mA) 。对于串联固定 LED 个数的系统,LED 电压相对比较稳定,如果电
感也固定,LED 的输出电流就恒定了。值得一提的是,理论上,LED 电流不随输入电压变化。实际上对
于固定系统来说,由于系统延时,实际的峰值电流随着输入电压的升高而升高,为了补偿这个峰值电流
的变化,BP2808 采用独特的方法,管脚 LN 用来检测输入电压,随着输入电压升高,降低 CS 的阈值电压
值。比如,LN 跟 VDD 的差值 1V,CS 的阈值电压值降低 30mV。这样保证系统在很宽的电压范围恒流。同
样,管脚 LN 也可以补偿输出电压。详见 AN-211。
为了达到系统效率最高,BP2808 采用独特的源极驱动功率 MOSFET 的方法,使得芯片的工作电流非常低。
同时把 MOSFET 开关损耗的电能通过馈电二极管给芯片供电,这样大大提高了系统的效率。
BP2808 的管脚 DIM 可以接受模拟或 PWM 调光信号。而且,DIM 端利用模拟调光方法对系统进行动态温度
补偿。
BP2808 还有芯片过温保护、输出 LED 短路保护和输出 LED 开路保护。非常适合对于系统效率要求很高的
LED 日光灯和投射灯等应用。
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 6
应用实例:
以下针对国内电网情况,输出为 18W(24 串 12 并)的应用为例,来说明 BP2808 在 LED 驱动器中的
设计方法和应用情况。
♦ 应用原理图
♦
♦
电源 SPEC.
输入电压:
输入频率:
LED 电压:
LED 电流:
系统效率:
功率因数:
电感电流纹波系数:
Vin=176V-265V
Fin=50Hz
Vled=3.2V
Iled=20mA
η=90%
PF=0.9
ΔIL= 65%
相关参数计算及设定:
输出电压:
输出电流:
输出功率:
电感峰值电流:
电感纹波电流:
关断时间:
Vout=24s*3.2V=76.8V
Iout=12p*20mA=240mA
Pout=76.8*240=18.4W
ILpk=240+(240*65%)=396mA
ILrp=2*(396-240)=312mA
Toff=10.8uS
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 7
♦
关键元件参数设计:
1、 保险管 (F1)
a) 根据其应用的地区,选择满足相应认证的保险管。常见如下:
美洲地区:UL(美国),CSA(加拿大)
;
欧洲地区:CE(欧洲),VDE(德国),SEMKO(瑞典),IMQ(意大利);
中国大陆:CCC
日本地区:PSE
b) 额定电流:
IR =
2 × PO _ MAX
VIN _ MIN × PF × η MIN
=[20/(176*0.85*90%)]*2=297mA
实际应用的保险管电流须大于 297mA。
c)
2
2
I *t:计算或测量出系统的浪涌电流。根据相应的电流波形计算出 I *t 的大小。然后可根
2
据额定电流大小和 I *t 从保险管生产商的产品目录中选出能满足要求的型号。
d)
这里选择:慢断 VDE 500mA 5.5mm*15mm
2、 滤波电容 Ce1 Ce2
a) 电容容量
为提高系统的 PF 值,这里采用了逐流电路---串联充电,并联放电。在设计中,需保证 Vbulk
电压在任何时段都大于输出电压 Vout,通常预留 25%的余量。通过推导,可知:
CE =
η MIN × 6 × f IN _ MIN
I O × D MAX
× (0.707 × V IN _ MIN − 1.25 × VO _ MAX )
=38.9uF
VO _ MAX 取 24×3.6=86.4Vdc, DMAX =0.8,VIN _ MIN 取 176Vac,η MIN =90%, f IN _ MIN =50Hz
b) 电容耐压
因为逐流电路是串联冲电,所以电容两端的最高电压为:
VCE1 / 2 =
2
2
× VIN _ MAX
=0.5*1.414*265=187V
这里选用 250V 耐压就够用了。
c) 由于是并联放电,所以 CE1,CE2 在这里选用两个 22uF/250V 105℃的电解电容。
3、 主电感 Lm1、Lm2
a) 电感量
V
L B = Out × Toff
ILrp
=76.8*10.8/0.32=2.6mH
这里选用 2 个 5.2mH 电感并联。
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 8
b)
绕线线径
D=1.13*sqrt(Iout/2/J)
J:为电流密度,这里取 6
=1.13*sqrt(0.24/2/6)=0.16mm
两个电感并联,每个取:0.17mm
c) 磁芯
由于工字电感的成本比较低,所以目前市面上用的比较多。但工字电感会有以下几个问题:
¾ 镍锌工字电感。对于镍锌由于磁芯的种类太多,初始磁导率从几十到一二千高斯。若
没有很严格的产品检测,很难保证电感的性能。如果要用这类的电感,须对电感的磁
芯芯指定具体磁芯厂家的具体型号。
¾ 锰锌工字电感。对于锰锌,其初始磁导率问题就没有镍锌那么严重。但随之而来的
是绝缘问题。如果要用这类的电感,磁芯先涂一层绝缘层,然后磁芯加一个绝缘
底座。
¾ 磁路问题。由于工字电感的磁路为开环状态,所以其抗干扰问题会比较突出,尤其是
在金属材料做为灯管的应用中。所以在这里建议使用 EE 型或环形的锰锌磁芯来制作
主电感 Lm1、Lm2。
这里使用 EPC13 做为电感。用 0.17mm 绕 330Ts 的情况下,其 Bm 值为 2500Gs
4、 开关管 Q1
a) 耐压
需大于最高输入电压时的峰值。
V DS = 2 × VIN _ MAX
=1.414*265=374.71V
b) 电流
开关管中的有效值为:
I S _ RMS = 2 ×
PO _ MAX
VO _ MIN × η MIN
=2*20.7/(0.9*70)=0.64A
考虑降额值(选 25%)
Imos=0.64*1.25=0.8A
c) 为提高系统效率,可选择电流更大些(Rdson 小)的 MOSFET。
d) 这里选择 ST 公司的 STD2HNK60Z-1(IPAK 封装)
5、 继流二极管 D3
a) 耐压
需大于最高输入电压时的峰值。
V DS = 2 × VIN _ MAX
=1.414*265=374.71V
b) 电流
开关管中的有效值为:
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 9
I D _ RMS = 2 ×
PO _ MAX
VO _ MIN × η MIN
=2*20.7/(70*0.9)= 640mA
考虑降额值(选 25%)
Idb=0.64*1.25=0.8A
c) 由于 DB 工作于高频状态,尽量使用超快恢复二极管。
d) 这里选择 ONsemi 公司的 MUR160(DO-15 封装)、ER1J(SMA 封装)等。
6、 采样电阻 Rs1,Rs2
a) 阻值
RCS =
VREF
I L _ PK
= 250/396=0.63Ω
b) 额定功率
PRcs=0.25^2/0.63=0.099W
c) 这里选择 Rs1,Rs2 为 SMD_0805_1.25Ω±1%_2 并。
7、 Toff 时间设置电阻 Rt1
Rt1=Toff/(4*10^-5)=270K
这里选择 SMD_0805_270K±1%
8、 启动及前馈补偿电阻 R4,R5,R6
a) 对于启动
RST + RLN =
VIN _ MIN
I ST _ MAX
=176/100uA=1760K
这里选择 R4,R5 为 510K,
b) 前馈补偿
对于内部补偿系数,选择 k ≈ 0.1%
RLN = k × RST
=1020*0.1%=1.02kΩ
这里 R6 选 1.0K
9、 调光脚
可以用进行模拟调光和 PWM 调光两种。在不用的情况,只要悬空即可。
对于模拟调光,只需要外接一个 150K 的电位器就可以实验 0~100%调光。
对于 PWM 调光,建议的调光频为 270Hz。
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 10
♦
实验样机的测试数据
BP2808 Demo 板在各种情况下的测试数据如下。
1. 输入电压变化对系统参数的影响
b) 系统效率 vs 输入电压
c) 输出功率 vs 输入电压
100
98
96
270
24
265
23
260
22
255
21
250
20
90
Iout (mA)
92
245
19
Pout (W)
Eff (%)
94
d) 输出电流 vs 输入电压
25
18
17
16
88
86
84
82
240
235
230
15
225
14
220
13
215
12
210
11
205
10
80
200
180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250
180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250
2.
180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250
Vin (Vac)
Vin (Vac)
Vin (Vac)
环境温度变化对系统参数的影响
a) 输出功率vs环境温度
b) 输出电流vs环境温度
20.0
d) 系统效率vs环境温度
260
100
19.5
255
98
19.0
250
96
245
18.5
94
17.5
17.0
235
Eff (%)
Iout (mA)
Pout (W)
240
18.0
230
225
86
215
16.0
90
88
220
16.5
92
84
210
15.5
82
205
15.0
80
200
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-10
0
10
20
Temp (Deg.)
3.
30
40
50
60
70
80
90
-10
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Temp (Deg.)
Temp (Deg.)
调光的情况
a) 输出电流 vs 调光电压
b)
输出功率 vs 调光电压
300
18
250
15
Pout (W)
Iout (mA)
200
150
12
9
100
6
50
3
0
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00
Vdim (V)
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
0
0.0
0.3
0.6
0.9
1.2
1.5
1.8
2.1
2.4
2.7
Vdim (V)
Page 11
3.0
90
100
封装信息
上海晶丰明源半导体有限公司
BP2808_DS_V3.0
Jul 2010
www.bpsemi.com
Page 12