使用TPS92070的LED相位控制调光驱动电路

4.1.6.1 TPS92070相控调光LED驱动控制器

1.TPS92070特点

1）无调光发光闪烁；

2）逐周期限电流保护；

3）热关断控制（TSD）；

4）启动电流和待机电流低；

5）16引脚，TSSOP封装；

6）功率因数大于0.8；

7）前沿相控调光电路检测；

8）适应人眼视觉特性的调光控制；

9）LED工作电流稳定性优于±5%；

10）可用于相控调光控制应用场合；

11）LED最低工作电流可以根据需要设定；

12）在调光控制过程中灯与灯之间的发光一致性好；

13）无光耦合器反馈控制技术，使用外围元器件数量少；

14）谷底开关和DCM工作模式，可以提高电路工作效率和降低电路的EMI。

2.电路工作原理

TPS92070适用于低功率、高工作效率、离线式LED驱动控制应用场合，工作于PWM控制方式，内含相控调光控制功能，可以提供无调光发光闪烁的调光控制，通过外接相控调光控制器可以实现适应人眼视觉特性的调光控制。

通过填谷电路可以获得高的功率因数。一旦检测到了外接前沿相控调光控制器，TPS92070终止PFC电路的工作，从而优化电路的驱动工作条件。通过LED工作电流检测电路内的精密误差放大器可以实现深度调光控制，稳定LED负载工作电流[31]。

图4-105 引脚图

TPS92070内含多重保护控制电路，可以实现逐周期工作电流限制、过电流保护、LED负载开路保护（输出过电压保护）、欠电压锁定输出（UVLO）和热关断保护等保护控制功能。TPS92070引脚如图4-105所示，内部电路工作原理框图如图4-106所示，典型应用电路工作原理图如图4-107所示，引脚功能如表4-10所示。

图4-106 内部电路工作原理框图

图4-107 TPS92070典型应用电路工作原理图

表4-10 TPS92070引脚功能

3.TPS92070的应用

（1）当V_DD电压低于欠电压锁定输出（UVLO）的8V阈值电压时，启动电路通过接至交流输入市电整流输出的直流电压的启动电阻由经V_Z引脚涓电流I_VZ（约为10μA）为V_Z引脚充电，随着V_Z引脚的充电，V_DD引脚电压随V_Z引脚电压（低于V_GSTH）上升，通过反激变压器辅助绕组为V_DD引脚提供135μA的启动电流，一旦V_Z电压达到TPS92070内部12.5V稳压二极管的稳压电压时，电路进入待机工作模式，在待机工作模式下，调光触发电路、调光控制设定点滤波电路、7V稳压电路和有关电路开始工作，当SEN引脚电压大于5V时，表明交流输入市电电压已达到时电路正常工作的电压，使相控调光电路工作，电路启动工作波形如图4-108所示。

（2）相控调光触发电路DTC引脚是一个电流灌入引脚，在交流输入市电电压过零时最大灌入电流为20mA，确保相控调光器能可靠触发工作，当SEN引脚电压低于5V时开始灌入DTC引脚电流，SEN引脚和LP引脚之间的滤波器设定点用于设定相控调光器的触发角，通过内部窗口比较器电路检测SEN引脚电压，通过LP滤波器由LP引脚产生脉冲占空比控制信号。对应LP引脚0～3V电压变化范围，SEN引脚脉冲占空比调节范围为0%～100%，对应TPS92070内部控制电压变化范围为200～400mV。

图4-108 相控晶闸管调光触发的典型启动工作波形

在LP<1V时V_CTRL电压被箝位于0.4V，LP>1.98V时V_CTRL电压被箝位于0.2V，控制电压变化范围为0.2～0.4V，电流检测基准电压在预先设定的100mV和外部设定的V_CS最低电压之间变化。

（3）次级LED负载工作电流可以通过CS引脚加以检测，并通过内部低失调（500μV）跨导放大器精确地加以稳定控制。在直接电流检测工作模式下（非隔离）I_SO引脚被连接到地GND引脚，在隔离工作模式下，二次LED负载工作电流可以通过图4-109所示电路通过一个接于CS引脚和I_SO引脚的小变压器实现，在I_SO引脚接有一只270Ω的开关下拉电阻。

图4-109 隔离电路中的电流检测

（4）COMP引脚电压控制变换器一次侧峰值电流和Flyback变换器开关工作频率，通过改变PWM比较器阈值电压可以实现Flyback变换器一次侧电流控制，PWM比较器阈值电压变化范围为0.6～0.065V，COMP引脚电压变化范围为3.7～2.6V时对应的开关工作频率变化范围为20～138kHz，COMP引脚最大电压被箝位于3.7V，允许的最大逐周期峰值电流限制PWM阈值电压为0.6V。在PWM阈值电压被箝位于0.065V，COMP引脚电压变化范围为2.6～1.63V时，对应的开关工作频率变化范围为线性138～20kHz。

（5）通过检测连接于外接高压功率MOSFET管源极和地GND引脚之间电流检测电阻上的电压，可以实现一次侧电流检测，PCS引脚用于将检测电压与PWM阈值电压相比较，PWM比较器有220ns的前沿消隐时间以避免比较器由于任何PCS引脚的电容充电脉冲而误触发比较器，一旦PCS引脚电压达到PWM阈值电压时，栅极输出电位被拉低。(www.xing528.com)

（6）Flyback变压器退磁后才可以确保电路工作于DCM或准谐振（QR）工作模式，开始一个新的开关工作周期，这可以通过连接于V_D引脚Flyback变压器辅助绕组的电阻分压回路检测辅助绕组电压波形来实现，在满足以下工作条件后，TPS92070开始一个新的开关工作周期。

1）在1.63V≤V_COMP≤3.7V正常工作条件下，经历内部定时器的时间t_周期后，并检测到下一个谷底时开始一个新的PWM开关工作周期，在使能谷底检测电路前V_D引脚电压必须低于100mV[V_VD（zc）]。

2）当V_COMP<1.63V时，电路工作于最低开关工作频率箝位工作状态，这时谷底检测电路不工作。

在谐振谷底位置，Flyback变换器功率MOSFET管导通，所以可以得到高的开关工作效率，当GATE引脚电压为高电位，辅助绕组电压变负时，V_D引脚电压被箝位于-0.56V。在谐振谷底检测时，V_D引脚电位被箝位于-0.2V，GATE引脚电位为低电位。V_D引脚与辅助绕组之间的连接电路如图4-110所示，当V_COMP>1.63V时，为检测开关脉冲的下降沿，TPS92070要求谐振正峰值V_D引脚电位高于0.6V[V_VD（en）]，确保谷底检测电路被使能。所以，当V_COMP>1.63V时，需适当选择电阻R_VD2的参数，以满足以上有关工作条件。

图4-110 辅助绕组与V_D的连接电路

为确保谷底检测可靠工作，当GATE引脚为高电位时，从V_D引脚至少需流出50μA电流I_VD（min），这就需要确定电阻R_VD1参数，当V_COMP>1.63V时辅助绕组上的电压不足以实现谷底检测，在经历时间t_周期后内部设定的12.7μs[t_VD（vw）]等待时间定时后，在V_D引脚电压过100mV阈值电压后将会启动一个新的PWM开关脉冲。

（7）TDD引脚用于当TPS92070检测到电路有相控调光器工作时，驱动外接旁路FET管旁路填谷PFC电路的工作，一旦有相控调光器工作，TDD引脚为逻辑高电位（V_TDD（oh）=7V），如果没有相控调光器工作时，电路就不断的检测SEN引脚，然后TDD引脚被复位为逻辑低电位[V_TDD（ol）=0V]，通过检测SEN引脚1～5V窗口比较器的检测延迟时间就可以判定有无相控调光器存在，如果在整个交流输入市电供电周期内1～5V上升时间大于135μs，就会做出电路没有接相控调光器的判断，TDD引脚的输出就会低电平，否则TDD引脚的电位保持高电位。如果TDD引脚为低电位，并且在连续的4个半交流输入市电供电周期内检测延迟时间（t_{DLY_1V_5V}）小于135μs，一旦SEN引脚电位变低低于1V，TDD引脚立即变为高电位，表明电路接有相控调光电路。

（8）一旦电路检测到V_DD引脚的电压高到足以触发内部23V箝位电路时，输出过电压保护或LED负载开路保护电路开始工作。这时，GATE引脚电位被拉低，TDD引脚恢复到逻辑高电位状态，TPS92070停止工作，TPS92070内部的下拉电阻[R_VZ（ovp）]为V_Z引脚提供放电回路，直至V_DD引脚电位低于欠电压锁定输出（UVLO）阈值电压时，电路才会再启动工作。

（9）当PCS引脚电位高于内部700mV阈值电压时，过电流保护控制功能开始工作，一旦电路检测到过电流故障，GATE引脚电位被拉低，LP引脚电位被复位为0V，对应LED的发光为最低工作状态，一旦SEN引脚电位高于5V，这时对应LED由最低发光恢复到GATE开关工作，LED负载恢复正常工作电流。

（10）如果集成电路内部电路PN结结温超过了155℃，TPS92070停止工作，进入再启动工作模式，V_Z引脚放电，直至V_DD引脚电位低于欠电压锁定输出（UVLO）阈值电位，TPS92070停止再启动工作，直至结温低于140℃，TPS92070恢复正常工作，这时LED的光输出为预先设定的最低值。

（11）在进行PCB布局时应使旁路电容尽可能的靠近有关引脚，功率地（PGND）应和信号地分开（GND），功率地（PGND）应为单点接地，应尽可能地在TPS92070的下面。

4.1.6.2 采用TPS92070的AC230V交流输入市电供电相控调光电路

下面介绍采用TPS92070的5只LED负载串联，输出电流370mA，交流输入市电供电电压为AC230V的应用电路，电路可用于相控晶闸管调光照明应用场合^[32]。

1.电路特点

电路为采用TPS92070工作于离线式的Flyback变换电路，输入供电为50Hz/60Hz，AC230V，可用于前沿相控调光应用场合，可提供适应人眼视觉特性的调光控制。适用于LED替换灯、LED照明、LED下射灯和LED洗墙灯等应用场合。

2.电路性能指标

1）前沿相控调光；

2）逐周期限电流保护；

3）填谷式PFC；

4）开关工作频率范围为30～146kHz；

5）AC180～240V交流输入市电电压供电范围；

6）正常工作输出电流370mA，最大输出电流388mA；

7）16.5V输出电压时6W输出功率，满载工作效率83%；

8）工作于DCM和谷底开关工作模式；

9）最低输出工作电流为13mA，可以设定，输出电流稳定性不低于±5%。

3.电路工作原理图

电路工作原理图如图4-111所示。电路输入交流市电供电电压与工作效率曲线如图4-112所示。非调光工作状态下输入交流市电供电电压与输出电流稳定性关系曲线如图4-113所示，非调光工作状态下输入交流市电供电电压与功率因数关系曲线如图4-114所示，LED工作电流与调光器导通程度关系曲线如图4-115所示。

图4-111 电路工作原理图

图4-112 电路工作效率曲线

图4-113 非调光工作状态下交流市电供电电压与输出电流稳定性关系曲线

图4-114 非调光工作状态下交流市电供电电压与功率因数关系曲线

图4-115 LED工作电流与调光器导通程度关系曲线