【導(dǎo)讀】LED照明產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)迭代升級(jí)，以及使用者對(duì)照明光質(zhì)量的追求，是制造廠商創(chuàng)新產(chǎn)品方案的動(dòng)力。英飛凌廣泛的LED照明產(chǎn)品組合，一直以來是國(guó)際國(guó)內(nèi)照明制造廠商青睞的選擇。
ICL88xx家族系列為新一代LED通用照明而設(shè)計(jì)研發(fā)，創(chuàng)新的混合信號(hào)控制技術(shù)，使得產(chǎn)品具有超高性價(jià)比。ICL88xx適用于反激AC-DC控制拓?fù)?。基于ICL88xx設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在提供高質(zhì)量光輸出同時(shí)，具有高功率因素，低諧波失真，低EMI，高效率等性能。ICL8800具有家族系列全部基本功能，ICL8810及ICL8820在ICL8800基礎(chǔ)上增加額外功能，包括支持智能照明的低待機(jī)功耗，支持更好EMI性能的頻率抖動(dòng)功能。
英飛凌AC-DC LED 驅(qū)動(dòng)控制芯片，分為兩大類別：數(shù)字控制器XDPL系列,針對(duì)高性能需求設(shè)計(jì)；混合信號(hào)控制器ICL系列，針對(duì)更高性價(jià)比需求場(chǎng)合。
跟市場(chǎng)上其他方案相比，ICL88xx具明顯優(yōu)勢(shì)：滿足最新IEC61000-3-2諧波要求及歐盟ERP2019年后的新標(biāo)準(zhǔn)要求；動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；滿足智能照明要求的低功耗；支持應(yīng)急照明設(shè)計(jì)；支持小型化高功率密度設(shè)計(jì)。
ICL88xx全系列高度集成AC-DC LED驅(qū)動(dòng)ICs，支持功率可達(dá)150W，非常適合中小功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)，以及其他需要高PF或低待機(jī)功耗的應(yīng)用領(lǐng)域。
CL88xx功能描述
ICL88xx系統(tǒng)概述
ICL88xx組成的典型LED照明系統(tǒng)框圖如圖1所示，ICL88xx控制的反激輸出恒壓給后級(jí)，圖示兩級(jí)方案不但減小了輸出紋波，提高了光輸出的質(zhì)量，而且降低了單級(jí)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)余量的要求，大幅提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能?；谶@種拓?fù)浼軜?gòu)可以設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單入門級(jí)的LED驅(qū)動(dòng)器到復(fù)雜的智能LED驅(qū)動(dòng)器，靈活性和可擴(kuò)展性非常高。
圖1 ICL88xx組成典型兩級(jí)LED驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)
ICL88xx可以實(shí)現(xiàn)副邊反饋控制或者原邊反饋控制，根據(jù)項(xiàng)目的需求可自主選擇。原邊控制的優(yōu)點(diǎn)在于不需要光耦，BOM成本相對(duì)節(jié)?。桓边吙刂票仍吙刂凭哂懈鄡?yōu)點(diǎn)：變壓器設(shè)計(jì)更容易更簡(jiǎn)單，直接測(cè)量輸出電壓，不需要泄放電路，降低了過電壓的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也節(jié)省了成本；副邊控制可以和線性恒流控制器配合使用，減少DC-DC級(jí)的壓降，提升了效率；副邊控制在極輕載比如深度調(diào)光時(shí)仍能保持輸出恒定，同時(shí)保持高效率。對(duì)于深度調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)，副邊控制是最適合的。典型副邊控制ICL88xx系統(tǒng)如圖2所示。
圖2 典型ICL88xx副邊恒壓系統(tǒng)
ICL88xx集成創(chuàng)新混合信號(hào)控制技術(shù)，采用DSO-8封裝。家族系列一共有三款產(chǎn)品，ICL8800基本款具有優(yōu)異的PFC和THD性能，完善的功能及相關(guān)保護(hù)；ICL8810在ICL8800的基礎(chǔ)上增加了間歇模式，以支持智能照明低功耗需求；ICL8820在ICL8810的基礎(chǔ)上集成了了頻率抖動(dòng)功能，在直流輸入模式下有更優(yōu)異的EMI性能。全系列支持以下功能：
● 反激恒壓輸出；
● 副邊反饋控制或原邊控制；
● 全電壓輸入（90Vac to 300Vac,45Hz to 66Hz）和直流輸入；
● 可調(diào)節(jié)最大導(dǎo)通時(shí)間，低壓輸入限功率以保證安全；
● 開機(jī)軟起動(dòng)；
● 間歇工作模式；
● 頻率抖動(dòng)功能
此外，全系列集成過電壓，過電流，過溫度保護(hù)，及輸入過壓欠壓檢測(cè)保護(hù)，開環(huán)保護(hù)。
工作模式
ICL88xx電壓模式工作有利于功率因數(shù)校正，基于工作條件比如輸入電壓輸入頻率負(fù)載狀況等自動(dòng)選擇最優(yōu)的工作模式。支持的工作模式有：
● 準(zhǔn)諧振模式
這種模式通過控制導(dǎo)通時(shí)間讓開關(guān)在谷底開通，最小化開關(guān)損耗，以最大化系統(tǒng)效率。
圖3 第一個(gè)谷底開關(guān)波形
● 間歇模式
這種模式提高了系統(tǒng)在輕載時(shí)的效率，擴(kuò)展了寬電壓輸入的功率范圍，滿足低待機(jī)功耗要求。
在高功率時(shí)，控制器工作在準(zhǔn)諧振模式，功率降低時(shí)導(dǎo)通時(shí)間減少；功率降到一定程度時(shí)，控制器增加谷底數(shù)，避免頻率過高；谷底數(shù)改變時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間會(huì)同步優(yōu)化使得功率相對(duì)恒定。
為了輸出最小的功率，ICL8810和ICL8820會(huì)進(jìn)入間歇模式，間歇頻率是交流輸入頻率的四倍。
圖4 開關(guān)特性VS相對(duì)功率（ICL8810/ICL8820）
反饋環(huán)
脈沖的產(chǎn)生基于從VS引腳引出的電流。這種方法具有更好的抗噪性。在包括突發(fā)模式在內(nèi)的整個(gè)脈沖寬度范圍內(nèi)，VS電流從200μA指數(shù)映射到600μA。在20μs到1μs的范圍內(nèi)，映射相對(duì)良好，每50μA光電流的脈沖持續(xù)時(shí)間減少一半。
圖5 導(dǎo)通時(shí)間與vs引腳電流的映射
為確保反饋回路正常運(yùn)行，需要從VS引腳接一個(gè)12 k?接地。該引腳的最小電流（通過光耦的電流加上12 k ? 電阻的電流）導(dǎo)致最大功率傳輸，VS引腳輸出的最大電流導(dǎo)致最小功率工作點(diǎn)。為了獲得最佳的THD和PF結(jié)果，建議使用幾Hz的交叉頻率。
圖6 VS引腳電路
功率因數(shù)校正和THD校正
柵極驅(qū)動(dòng)GD通過導(dǎo)通時(shí)間控制在電壓模式下驅(qū)動(dòng)功率MOSFET。通過外部反饋回路抑制輸出紋波，可在交流半正弦波期間獲得準(zhǔn)恒定的導(dǎo)通時(shí)間。這已經(jīng)確保了基本的高功率因數(shù)和低THD性能。
此外，ZCD引腳用于THD校正功能，根據(jù)檢測(cè)到的IZCD電流擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度。這優(yōu)化了輸入電流波形，尤其是在接近交流電壓過零的區(qū)域。原理如圖7所示。
圖7 THD校正原理
設(shè)計(jì)案例
以下為設(shè)計(jì)案例的部分信息結(jié)果（基于運(yùn)放反饋）。
副邊控制案例
由于一次側(cè)功率擴(kuò)展以及二次側(cè)功能擴(kuò)展更加方便，兩級(jí)拓?fù)湓絹碓搅餍?。高光質(zhì)、深度調(diào)光，以及帶有傳感器和MCU的更復(fù)雜系統(tǒng)，需要通過二次側(cè)調(diào)節(jié)（SSR）拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓（CV）。閃爍和總諧波失真（THD）以及諧波的更嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)也更有利于SSR拓?fù)?。SSR配置中使用的控制器適用于開/關(guān)LED驅(qū)動(dòng)器，是深度調(diào)光至0.1%和調(diào)滅的最佳解決方案。
本案例是基于SSR控制的43W設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)規(guī)格如下：
● 輸入電壓：90 to 305Vac;
● 輸出電壓: 54Vdc
● 輸出電流： 0-800mA
● 最低效率 (滿載)： 91%
● 最小工作頻率（滿載）：52kHz
● 諧波：EN61000-3-2
● EMI：EN55015
電路板實(shí)物及PCB布局如下圖8所示。
圖8 43W SSR 電路板
輸出電壓調(diào)整率如下圖9：
圖9 電壓調(diào)整率
效率曲線如圖10:
圖10 效率曲線
空載待機(jī)功耗如圖11：
圖11 待機(jī)功耗
THD如圖12：
圖12 THD曲線
PF測(cè)量結(jié)果如圖13：
圖13 PF曲線
其他測(cè)試結(jié)果請(qǐng)參考相關(guān)文檔，比如諧波，EMI，Jitter, Burst mode及相關(guān)保護(hù)功能等。
原邊控制案例
如果只需要調(diào)光到5%到10%，并且可以接受更大的輸出電壓公差（3%到5%），那么就有可能采用PSR設(shè)計(jì)，與SSR解決方案相比，系統(tǒng)成本更低，省去了光耦，電壓基準(zhǔn)和誤差放大器。ICL88xx系列可用于SSR系統(tǒng)以及PSR拓?fù)渲械乃泄δ堋?/p>
本案例為基于PSR控制模式設(shè)計(jì)的42W參考設(shè)計(jì)。主要規(guī)格如下：
● 輸入電壓 100-264Vrms
● 輸出電壓設(shè)定 Vout,setpoint 54V
● 輸出電流 Iout 0-750mA
● 最大效率（Pout,max）91%
● 目標(biāo)最小頻率（Pout,max） 52kHz
圖14為設(shè)計(jì)電路板。
圖14 PSR設(shè)計(jì)案例電路板
圖15是輸出電壓調(diào)整率。
圖15 輸出電壓與負(fù)載
效率曲線如圖16所示。
圖16 參考設(shè)計(jì)效率
PF和THD分別如圖17和圖18所示。
圖17 PF曲線
圖18 THD曲線
小型化設(shè)計(jì)案例
小型化，高功率密度是電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)的趨勢(shì)之一。提高工作頻率有利于縮小變壓器和被動(dòng)器件的體積。使用ICL88xx有兩種小型化設(shè)計(jì)的方式。
ICL88xx SSR模式結(jié)合DC-DC 降壓變換器，使用電壓差值控制，可以顯著提高系統(tǒng)效率，降低后級(jí)Buck級(jí)溫度，并降低buck電感等組件的尺寸及成本，從而減少系統(tǒng)的尺寸和成本。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖18所示，具體信息請(qǐng)參閱：《ILD8150E 高效率參考設(shè)計(jì)報(bào)告》。
圖19 ICL88xx+ILD8150高效率方案示意圖
使用ICL88xx做小型化方案還可以直接用高頻工作模式，ICL88xx可以工作在250kHz以上，搭配市面上開關(guān)速度最快的CoolMOS，或者搭配氮化鎵器件，可以使整個(gè)系統(tǒng)的體積大幅度減少。
設(shè)計(jì)工具
英飛凌提供基于ICL88xx的開發(fā)設(shè)計(jì)工具，方便設(shè)計(jì)者使用。點(diǎn)擊此處即可下載圖19所示界面的開發(fā)工具。
圖20 ICL88xx設(shè)計(jì)工具
結(jié)論
本文描述了英飛凌LED AC-DC控制器ICL88xx的概況，并配以設(shè)計(jì)案例測(cè)試結(jié)果。ICL88xx非常適合LED驅(qū)動(dòng)器電源系統(tǒng)的AC/DC一級(jí)，高PF，低THD，高效率，支持0.5%以下的調(diào)光，支持低待機(jī)功耗，支持小型化設(shè)計(jì)。能夠滿足絕大多數(shù)智能照明對(duì)控制芯片的要求。
參考文獻(xiàn)
Infineon_Datasheet_ICL88xx_Rev1.0
Infineon-Design_guide_Lighting_ICs_ACDC_LED_Driver_ICs_ICL88xx-ApplicationNotes-v02_00-EN
Infineon-Reference_board_REF_ICL8810_LED_42W_PSR-ApplicationNotes-v01_01-EN
Infineon-Reference_boards_REF_ICL88xx_LED_xxx-ApplicationNotes-v01_00-EN
Infineon-Engineering_report_ILD8150E_LED_Driver_high_efficiency_reference_design-ApplicationNotes-v01_00-EN
Power and Sensing Selection Guide 2022
來源：英飛凌科技
作者：李紀(jì)明 首席工程師
作者：陳杰 高級(jí)主任工程師
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