TB99 TB99 中文手册 卓昕公司 0769-82267468 高亮度通用 LED 驱动电源 IC 东莞市卓昕贸易有限公司 0769-82267468 13509831320 张生 特点 器件描述 ◆高于 90%的效率; ◆8V-500V 的宽输入电压范围; ◆恒流 LED 驱动; ◆输出电流可以从 mA 级到 1.2A; ◆LED 负载可以从一个到上百个; ◆PWM 低频率调光引脚; TB99 是高效率 PWM LED 驱动 IC。它 允许电压从 8VDC 一直到 500VDC 而对 HB LED 有效控制。 TB99 通过一个可升至 300 KHz 的频率来控制外部的 MOSFET， 该频率可用一个电阻调整。 LED 串是受到 恒定电流的控制而不是电压，如此可提供 持续稳定的光输出和提高可靠度。输出电 流调整范围可从 mA 级到 1.2A。 TB99 使用了一种高压隔离连接工艺，可经 受达 500V 的浪涌输入电压的冲击。对一个 LED 串的输出电流能被编程设定在 0 和他 的最大值之间的任何值，它由输入到 TB99 的线性调光器的外部控制电压控制。另外， TB99 也提供一个低频的 PWM 调光功能， 能接受一个外部达几 KHz 的控制信号在 0100%的占空比下进行调光。 适用范围 ◆DC-DC 或 AC-DC LED 驱动; ◆RGB 背光源驱动; ◆平板电视的背光源; ◆通用恒流源; ◆LED 信号灯和装饰灯具; ◆汽车; ◆充电器。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 卓昕公司 0769-82267468 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn TB99 卓昕公司 0769-82267468 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn TB99 卓昕公司 0769-82267468 TB99 应用信息 AC/DC OFF-LINE 工作方式 TB99 是一低功耗的脱机的降压型，降压型或者升压型转换器，该 IC 明确地为 LED 串和阵列设计。它 8V 到 500V 电压能适用世界任何国家的 AC 和 DC 供电线路。另 外，在 25W 以下，可增加一个被动 PFC 校正回路来通过 EN61000-3-2 CLASS C 中 谐波含量的规定。TB99 可以控制数以百计的 HB LED 或者更多的 LED 串。这些 LED 可以按照顺序有序的排布。TB99 的控制提供恒定的电流，从而达到确保有效控制 LED 的亮度和光谱，甚至延长他们的使用寿命。TB99 定义了一个 ENABLE 脚 (PWM_D)能够调节控制 LED 的光亮。 TB99 还要另外一种控制 LED 亮度的办法：给 TB99 的 LD 脚提供一个控制电压，来 调节 LED 驱动器提供给 LED 的持续电流，从而达到控制 LED 亮度。(该方法也叫线 性调光) TB99 是标准 8 脚 SOIC 和 DIP 直插式封装。同样，SO-16 封装也可接受高 于 250V 的额定电压的应用。 TB99 包含的高压线性调整器，既给内部回路供电，也可外部低电压回路提供一个基 本的偏执。 LED 驱动器的工作原理 TB99 能控制所有的基本类型转换器，隔离的或非隔离的，操作在连续的或不连续状 态下的传导模式。 当 TB99 的 GATE 脚提供功率 MOSFET 信号时，驱动器就在一个 电感中储存能量，或在变压器的初级线圈中储存能量，根据转换器的类型不同，能 量也可能部分直接传送到 LED 上去。储存在磁性元件中的能量，在功率 MOSFET 关断时候向输出端送出(FLYBACK 工作模式) PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 卓昕公司 0769-82267468 TB99 当在 Vdd 的电压超过 UVLO 阀值电压，GATE 脚输出。输出电流依靠外部功率 MOS 的峰值电流来控制。MOS 的源极连有一调节电流的电阻 RSENSE，且该调节电 流电阻上的电压被反馈到 TB99 的 CS 脚上去。一旦电流飙升，CS 脚上的电压超过 阀值，GATE 脚输出信号中止，MOS 关断。该自动关断的阀值，在 TB99 内部已经 被设定为 250MV，也可通过改变 LD 脚的电压来调节。如果需要设定软启动，LD 脚 需要接一个电容来抬高它的电压，确保通过 LED 的输出电流在启动时是逐渐提高的。 另外，介绍一个被动功率因数校正回路，它包括 3 个二极管和两个电容，其应用见 图一所示。 电流供应 TB99 启动需要 1 个 1mA 的电流 。如 BLOCK DIAGRAM 所示，该电流是在 TB99 内部设定的，而不是象一般的脱机应用中那样用一个大的启动电阻来实现。甚至在 很多应用中，TB99 都可以通过内部的线性调节器来给内部线路持续提供 7.5V 的电 压。 输出设定 当降压型转换器如图 1 的拓扑被选定，那么 CS 脚的峰值电压正好反映 LED 的平均 电流。然而，关于电流设定方法有一个错误的认识在这里有必要指出。该错误的产 生来源于电路中电感的峰值和平均值的实际上是两个不同的概念。比如说，如果电 感器的峰值电流是 150mA，为了得到一个 500 mA 的 LED 电流值，那么 RSENSE 应 该为: 250 mV/(500 mA +0.5*150 mA)=0.43 Ω。 调光应用 该 IC 有两种方法进行调光，根据不同的应用，可分为独立式和组合式。LED 的光输 出可以通过电流的线性控制，还可以通过调整 LED 电流的开通和关断时间来实现。 以上第二种办法(也被称之为 PWM 调光)控制 LED 的亮度的办法实际上是控制脉冲 电流的脉冲占空比。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 卓昕公司 0769-82267468 TB99 线性调光的实现是通过对 IC 的 LD 脚提供一个 0 到 250 mV 的电压。该控制电压一 般不超过由内部 CS 脚设定的极限值 250 mV，所以规划输出电流的时候应该主意这 点。举例来说，在 Vdd 和 GND 之间接一个电位计就可检测出 CS 脚上的控制电压。 当控制电压超过 250 mV，输出电流的将不再被提高。如果需要更大的输出电流，需 要设置一个更小的 RSENSE。 PWM 调光方案需要 IC 的 PWM-D 脚从外部引入一个 PWM 信号，外部的 PWM 信号 可来自一个单片机或一个脉冲发生器，并符合调节输出电流要求的占空比。该 PWM 调光模式的成败取决于该外部信号。在该模式下，LED 电流处于两种状态:关闭状态 和名义上被 RSENSE 电阻设定的电流值状态。在这两种状态之间 LED 的平均亮度均 不可能超过被设定的极限状态下的亮度(即占空比为 100%状态)。故，LED 的亮度就 可以在 0-100%之间调节了。精确的 PWM 调光方法只限于很小的脉冲宽度，而且该 脉冲来自于一个低频率的 PWM 信号中一小部分百分比。 以图一给出一些应用电路中常用的用来调光的 PWM 典型波形，CH1 标识的是 MOS 管的耗尽电压，CH2 是 PWM-D 的 PWM 信号，CH4 是 LED 的电流。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 卓昕公司 0769-82267468 0.4% PWM Ratio at 500Hz Dimming PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn TB99 卓昕公司 0769-82267468 TB99 工作频率的设置 外接在 IC 的 Rosc 脚上的电阻可在 25-300 KHz 之间设置振荡器的工作频率: Fosc=25000/(Rosc[kΩ]+22)[KHz] 功率因数校正 当负载 LED 的输出功率没有超过 25W，可在图一的电路中加入一个被动的 PFC 回 路。它可通过 EN61000-3-2 中关于 C 类电器的 AC 线路中谐波含量的要求。该典型 的应用中不通过主动 PFC 回路就能达到要求值得注意。该 PFC 回路中包含 3 个二极 管和两个电解，它可以矫正输入的交流电，改善本电路中的谐波畸变量，从而提高 功率因数达 0.93 以上。 电感的设计 在前面提及典型电路中，可通过电感中需要的 LED 的纹波电流来确定电感量。通常 情况下，纹波电流是 LED 有效电流的 30%。在这个例子中，LED 的电流有效值为 350mA。 下一步是确定 LED 负载的压降。举例来说，当负载为 10 颗 LED 一串，每颗 LED 在 额定电流下的压降为 3.0V，那么总共的 LED 压降为 30V。 现在知道被调整后的输入工作电压:Vin= 120V*1.41=169V，那么开关脉冲占空比百 分比可确定: D=VLEDs/ Vin =30/169=0.177 然后，需要知道开关频率，在本例中 fosc＝50 KHz，那么，MOS 的开通时间可以计 算出来: Ton=D/fosc=3.5ms 最后电感值可以通过以下的算式得到: L=( Vin - VLEDs)* Ton /(0.3* ILED)=4.6 mH 确定输入大电容 安放一个输入的滤波电容是为了防止 AC 回路电压高于两倍 LED 负载电压，考虑到 通过电容有 15%的电压纹波，输入电容的最小值可通过如下的简单计算得出: CMIN=I LED* V LEDs*0.06/ VIN^2=22uF 在这里就可以使用 22uF/250V 的电容。 在图一电路的被动 PFC 电路中 CMIN 的处用到两个串联的电容。这两个一样的电容 电压可为输入电压的一半，容量是输入电容容量的两倍。 使能控制 TB99 可通过把 PWM-D 脚接地来关闭输出。当处于待机状态下，TB99 的静态电流 少于 1mA。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 卓昕公司 0769-82267468 TB99 输出开路保护 当应用降压型的拓扑时，LED 和电感是串联在一起的，那么就无需其它保护措施来 应对 LED 串断开的状况了。断开的 LED 回路意味着无开关状态，电流也不能持续。 然而在升压拓扑和反激式拓扑中，它将导致开关晶体管，或整流二极管因过压而失 效。在这个情况下，可通过 PWM-D 脚接地来检测过压状态并关闭 TB99。 DC-DC 低压应用 降压型工作方式 当 LED 负载的工作电压比输入电压低的时候，就可以选用降压型的能量转换拓扑。 在前面的章节中讲到的在 LED 负载输出回路中的一些计算方法在这里同样适用。然 而，设计者必须注意，选择这种工作方式，我们的输入电压必须是负载 LED 电压的 两倍。这种限制是关系到 LED 的工作电流的稳定性的，当 TB99 在降压转换工作时， 它输出波形的占空比如果大于 0.5，LED 工作电流的不稳定性就提高了。这种不稳定 性表现为输出电流以开关频率的分频谐波方式出现波动。 升压型工作方式 当 LED 负载的工作电压比输入电压高，相同，或者低的时候，该拓扑都可被选用。 举例来说，当我们选用汽车电池(12V)供电，负载为 3-6 颗高亮度 LED，该升压拓扑 就很适用了，这种情况可以是汽车尾灯和信号灯的工作方式。 在升压转换电路中，当开关晶体管开通的时间内，输入端的能量开始被保存在电感 中或一个反激变压器中，在关闭的时候，能量被传送到负载端。被储存在变压器中 的能量在下一个开关周期(连续传导模式)中没有被完全耗尽，输入和输出间的直流电 压转化关系通过以下算式得出: Vout = - Vin * D / ( 1-D ) 因为可调节占空比，所以输出电压可以低于也可以高于输入电压。 我们接下来继续讨论以上汽车上 3 颗 350MA 的 LED 的驱动方案。 已知额定工作电压 12V，此时的占空比可确定: D = VLEDS / ( Vin + V LEDS ) = 9/( 12+9 ) = 0.43 然后，需要知道开关频率，在这里 fosc =50 KHz，MOS 管的开通时间可以计算出来 了: Ton = D / fosc = 8.6ms 那么相应的电感量是: L = VIN * Ton / ( 0.3 *I LED ) = 0.98 mH 电感量取 1mH。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 卓昕公司 0769-82267468 TB99 输出电容 与降压拓扑不同，在反激电感接收到来自输出转换器的电流时，升压转换器需要一 个输出的滤波电容在晶体管开通的时候来传递能量给 LED。 为了给 LED 负载提供恒定的电流，电容必须能够提供一个阻抗来减弱输出端的交流 纹波峰值，且该阻抗要低于 LED 负载的动态阻抗。在我们的例子中如果我们假定 Rout=3Ohm，为了得到一个因数为 10 的削弱纹波的效果，就需要取一个等效电阻为 0.3Ohm 的电容。在这里可选择一个 SMT 的钽电容。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn