解密LED电源用非隔离BUCK IC实现高精度恒流控制和各种保护功能

在LED照明应用中，由于非隔离BUCK开关电源的效率较高，所以有较多客户青睐，占了一部分的市场份额。以SN3 910为代表，市场上有一系列类是功能的IC，如BP2808，SMD802，AM850，SN3910....等。就价位来说，国内有些厂家的IC已经降到两块多人民币。所以对于低成本的应用，还是比较合理的选择。接下来以SN3910为例来说明此类IC的应用线路及思路。

工作原理：

1、当Q1导通时，输入电流Iin通过负载LED、电感L1、Q1到输入电源负极。

LED等发光的同时L1电感中的电流慢慢上升，达到峰值，直到Q1断开，L1储存能量。

2、当Q1断开时，由于“电容两端的电压不能突变，流过电感的电流不能突变。”

的原理，流过L1电感的电流通过续流二级管D1，负载LED形成回路。电感中的电流从峰值下降到一个值（该值如果大于零，Q1导通，则工作在CCM；等于零，Q1立即导通，则工作在BCM；等于零，Q1没有及时导通，则DCM），直到Q1导通。

注意：对于大部分的BUCK电路多设计工作在CCM，因为有以下两点好处：

1、 工作在CCM，输出纹波电流比较小。

2、 工作在CCM，输出电流比较好控制：Io=（ILpkh+ILpkl）/2

这里的Io为输出电流有效值，ILpkh 和ILpkl分别为电感电流峰值和谷值。

[p] 从DATAsheet可以看出：内部设置的VCS电压为：250mV，通过设置CS引脚到地的电阻，可以设置通过负载LED的峰值电流，那么是如何达到恒流的目的的呢？

从公式Io=（ILpkh+ILpkl）/2，可知：通过RCS设置了ILpkh，如果能够设置ILpkl的话，问题就解决了。

TOFF引脚到地的一个电容，用来设置TOFF（关断时间），在每个工作周期，有相同的关断时间；从电感的放电回路可以看出，如果在TOFF时间内，通过电感电流没有下降到0的话（CCM），那么Io=（ILpkh+ILpkl）/2能得到一个恒定的ILpkl，因此达到恒流的目的。

这样我们可以考虑如何设置电感L1 、RCS、COFF了。以一个常用的一个实例来说明：

INPUT：85~265Vac 50/60HZ

OUTPUT: 40V 0.35A (12LED)

首先：设置TOFF，从数据手册可以查到以下公式。

假设：COFF=220，则：Toff=11.73uS。

假定输出电流纹波系数为0.8，则：

RCS=VCS/IPKH=0.25/（0.35+（0.35*0.8）/2）=0.51R

计算电感量：

L等于40*11.73/（0.35*0.8）=1.676mH

用过BUCK电路都知道，（无论是HV9910还是BP2808之类的），根据其应用电路来设计时，批量生产时，其一致性特别的差，记得我第一次用Bp2808时，样品调试还可以，效率达到0.88，但是小批量试产了50PCS后发现，输出电流误差范围竟然达到40%之多。尽敢电流检测电阻使用的是1%的，经过测试发现：

1、工形电感的电感量误差有20%。

2、由于工形电感的磁路通过外部空间，当与铝材的距离改变时，电感量也会跟着改变。

3、IC本身的CSpin的阈值电压精度不高。

4、IC内部的时间设置电路精度偏差。

5、外围元器件精度（尽敢采用1%的）。

综合以上5方面的因素，最终导致批量一致性极差。

解决精度的方法主要有两个：

1、 采用电位器改变CS引脚检测电阻的值或线性调光引脚的电压。

2、 加入反馈电路，对输出电流进行采样，反馈给IC来达到精确电流输出的目的。

对于第一种方法，个人认为，可行性不高。通过人工调节来做主要有两方面的不利因素：

1、 浪费太多时间，进行大批量生产时，延误交期。同时增加了生产成本。

2、 当电源调试OK后，组装到成品还有可能影响精度，特别是用工形电感装到铝材时。

加入反馈，能做到很高的精度，但是增加了成本。一般来说是可以接受的。接下来说说如何实现。如下图：

[p] 通过上面的图形可以看出：

1、通过调节RT电阻的阻值可以提高批量生产时输出电流的一致性。

但是我们并不主张使用该方法，缺点在上面已经阐明。

2、通过使用光藕来对输出电流进行检测，来控制批量输出电流精度。

原理为：当流过RISN电阻的电流发生变化时，芯片线性调光引脚的电压值跟着变化。当输出电流变大时，RISN两端的电压变大，光藕初级发光二极管的亮度增加，次级的电流变大，因此电阻R1两端的电压增加，所以线性调光引脚的电位下降，输出电流变小。反之同理，因此达到输出电流稳定的目的。当然该方法也有自身的缺点：

1、由于加入了采样电阻的压降，效率将降低。

2、当输出电流较大时，在采样电阻上的功耗较大，因此发热较大。

3、增加了一定的成本。但是对于要求较高的场合，不失为一个方法。特别是高压输出时，较理想。

2、保护功能的实现

如上图所示：

1、短路保护功能的实现：当输出短路时，RISN两端的电压增加，当达到一定值时，使得光藕次级的电流变大，电压降低，到一定值时，IC将停止输出。

2、输出过压保护：当输出空载时，输出电压会不断升高，当达到稳压二极管DZ1和DZ2的稳压值之和时。稳压管将导通，因此RISN两端的电压升高，最终使得IC停止输出。从而达到过压保护功能。

3、温度补偿：NTC与R2来实现温度补偿功能：当温度上升时，光藕的初级为二极管，我们都知道，二极管的正向压降会随着温度的升高而减小。如果不加入补偿的话，输出电流将减小。因此加入负温度系数热敏电阻NTC，当温度升高时，电阻值减小。调节R2的值使得RISN//（Rntc+R2）的电阻值随光藕初级二极管的正向压降成比例变化。达到稳定输出电流的目的。