采用TPS92210的LED相控调光驱动电路优化方案

4.1.4.1 TPS92210工作原理

1.TPS92210主要技术特点

1）过温度保护；

2）无电流检测电阻；

3）LED负载开路检测；

4）初级峰值电流控制；

5）电路快速可靠启动；

6）MOSFET管串联结构；

7）8引脚SOIC（D）封装；

8）功率开关变压器退磁检测；

9）防交流输入浪涌电流能力强；

10）输出过电流和输出过电压保护；

11）谷底开关工作模式，有利于提高电路工作效率和降低电路的EMI；

12）工作于DCM工作模式或CRM工作模式。

2.TPS92210的典型应用场合

1）商用LED照明应用场合；

2）LED相控调光应用场合；

3）LED下射灯、建筑物洗墙灯、路灯和顶灯照明应用场合；

4）A19（E27/26，E14），PAR30/38，GU10，MR16，BR室内LED照明应用场合。

3.TPS92210特点

TPS92210是一款具有PFC功能的LED相控调光驱动控制器，具有工作效率高和集成度高等一系列优点。

TPS92210工作于PWM控制DCM或CRM工作模式，TPS92210的MOSFET管串联工作模式使变换器电路一次侧的开关损耗很低，由于可以工作于DCM工作模式，所以在输出整流回路没有反向恢复损耗，在Flyback变换工作模式下提高了电路工作效率、工作可靠性，降低了电路造价^[27]。

由于TPS92210内部电路设有最大输出功率限制和在输出功率过载工作条件下有定时响应控制功能，可用于负载有突变的应用场合。用户可以根据需要设定输出过载再启动或锁定响应工作特性，通过输出过电压保护可以实现LED负载开路保护，具有热关断保护控制功能，TPS92210工作结温范围为-40～125℃。

4.TPS92210功能

TPS92210引脚图如图4-90所示，TPS92210工作原理框图如图4-91所示，TPS9221引脚功能如表4-6所示，TPS92210典型应用电路工作原理图如图4-92所示。

图4-90 TPS92210引脚图

图4-91 TPS92210工作原理框图

表4-6 TPS9221引脚功能

图4-92 TPS92210典型应用电路工作原理图

5.偏置电压和电路启动

TPS92210通过偏置电压和启动电路控制串联Flyback变换器功率MOSFET管的导通和关断时间，如图4-92所示，DRN引脚接到了高压MOSFET管源极，高压MOSFET管栅极通过V_CG引脚保持恒定电位。TPS92210采用串联高压MOSFET管驱动电路结构如图4-93a和b所示。

(www.xing528.com)

图4-93 串联结构电路工作原理图

如图4-94所示，通过启动电阻R_SU可以由交流输入市电整流输出直流电供电完成电路启动，通过启动电阻R_SU为电容充电，充电电流约为6μA，使高压MOSFET管栅极电位上升，高压MOSFET管为一个源极跟随器，一旦V_CG引脚电压达到高压MOSFET管阈值电压时，DRN引脚电压上升。在电路启动工作期间，TPS92210处于欠电压锁定输出（UVLO）工作状态，使能PWM信号为低电位，V_DD开关导通，使DRN引脚和V_DD引脚连通，如图4-94所示，电压也上升，接于DRN和V_DD引脚之间的外接肖特基二极管VD₁用以避免潜在的大开关电流流经内部V_DD开关MOSFET管的体二极管，流经串接电路的启动电流和电流通路如图4-94所示，在正常工作期间V_CG引脚电位被并联稳压在14V，在电路故障、启动和欠电压锁定输出（UVLO）工作期间V_CG引脚电位上升至16V（如图4-94所示的14V+2V）。

图4-94 启动和工作期间TPS92210串接电路的工作电流

6.变换器一次侧电流检测

TPS92210集成了LED驱动所需的所有电流检测和驱动控制功能，省掉了外接电流检测电阻，内部低电压MOSFET管的典型导通电阻R_DS（on）为90mΩ，通过这个内部低电压MOS_- FET管由高压MOSFET管源极驱动高压功率MOSFET管的工作。

TPS92210通过电流镜技术来检测和控制功率变换器一次侧电流，流经内部低压MOS_- FET管的一次侧电流被取样后送到PWM比较器和PCL引脚电流相比较，从而完成功率开关变换器一次侧峰值电流检测和限电流控制功能。

在峰值电流控制工作模式下，根据FB引脚误差输入信号对PCL引脚电压影响调制PCL引脚电流，开关功率变换器一次侧峰值电流通过PCL引脚电阻R_PCL对地形成回路。TPS92210可以根据反馈误差信号情况工作于恒定导通时间或峰值电流控制工作模式。

如果功率MOSFET管导通时间被限定为一个固定值，则流经功率开关变压器峰值电流正比于功率变换器电源供电电压。

在恒定导通时间工作模式下功率MOSFET管导通时间可以通过调节接至OTM引脚和GND之间电阻R_OTM的参数来设定，并可以通过调节接至OTM引脚和光耦合器集电极电阻R₁参数来进一步调节导通时间大小（如图4-92所示）。

OTM引脚也可用于设定系统过载响应和交流输入市电电压过低时的系统响应。使OTM引脚电位低于V_OTM（SR）阈值电压（典型值为1V）可以关断变换器工作，在关断/再启动延迟750ms后电路重新启动工作。

在峰值电流工作模式下，FB引脚被用于将反馈输出误差信号引到内部调制器电路，在峰值电流工作模式下，光耦合器的发射极被连接到了FB引脚，并且一只电阻被连接到了FB引脚与地GND之间来抵消光耦合器的暗电流，FB引脚仅检测输入电流，FB引脚电压一般为0.7V，FB引脚与外电路的连接如图4-95所示。

图4-95 在峰值电流控制工作模式下FB引脚的有关连接

FB引脚电流（I_FB）可以使Flyback变换电路工作于以下三种工作模式之一。

1）调频工作模式；

2）调幅工作模式；

3）低功率工作模式。

在大负载工作条件下（23%～100%峰值额定负载）电路工作于调频工作模式，当高压MOSFET管的峰值电流达到最大设定值时，通过调节FB电流，可以调节Flyback变换器开关工作频率来实现输出电压调节，开关工作频率变化范围一般为30～133kHz（23%～100%满载功率）。

高压功率MOSFET管的最大电流I_{DRN，PK（max）}可以通过PCL引脚外接电阻设定，PCL引脚电压变化范围为1～3V。

7.Flyback功率开关变压器退磁检测

通过TPS92210的调节控制，可以确保功率Flyback变换电路工作于DCM工作模式，在功率Flyback变压器磁能被完全释放完时才会在重新开始一个新的开关工作周期。TZE引脚通过一个接至功率Flyback变换器辅助绕组的电阻分压器来实现Flyback变换器变压器退磁检测，当Flyback变换器偏置绕组电位相对于GND引脚为负时，通过检测流出TZE引脚的电流就可以实现Flyback功率开关变压器退磁检测。在辅助绕组负电压变化期间，TZE引脚电压被箝位于-160mV，电容C_TZE添加的附加50～200ns短时间延迟可以确保谷底开关谐振谷底的一致，图4-96表示在谷底开关工作模式下高压MOSFET管漏极电压、TZE引脚电压和功率开关变压器一次电流波形。从图4-96可以看出，C_TZE电容延迟TZE引脚电压使TPS92210工作于谐振开关工作模式。

TZE引脚功率开关变压器退磁检测和输出过电压保护工作原理图如图4-97所示，典型应用电路工作原理图如图4-98所示。

图4-96 谷底开关工作模式下有关工作波形

图4-97 TZE和输出过电压检测

4.1.4.2 TPS92210典型应用

下面介绍采用TPS92210的LED相控晶闸管调光电路，该电路可用于9～10只LED串联，输出电流为350mA、交流输入市电供电范围为184～265V_RMS应用场合。电路采用相控晶闸管调光，LED最低输出驱动电流可调节到0，电路采用单级PFC技术，电路功率因数大于0.95。电路工作于DCM Flyback变换电路拓扑，通过二次控制电路的控制作用，电路可适用于各种相控晶闸管调光器应用场合，即使LED负载工作电流被调光至非常低，通过VT₂和VT₃回路和反馈控制回路的共同作用可以使相控晶闸管调光电路可靠工作[28]。

电路输出直流电压变化范围为DC19～32V，在交流输入市电电压为AC230V时，输出纹波电流典型值为127mAp-p，输出直流电压过电压保护点为DC36V，开关工作频率为115kHz，交流输入市电电压为AC230V时满载工作效率典型值为87%。

电路工作原理图如图4-99所示。

图4-98 典型应用电路工作原理图

图4-99 电路工作原理图