使用SSL2101的LED相位控制调光驱动电路设计

4.3.1.1 SSL2101特点与工作原理

1.SSL2101特点

SSL2101可用于Flyback和Buck变换应用场合，可以和现有的相控调光控制器匹配，使用方便，具有以下特点。

1）内置保护电路；

2）小型SO16封装，散热性能好；

3）内置功率变压器退磁检测电路；

4）内置优化的谷低开关检测电路；

5）满足有关安全和功率因数的技术要求；

6）使用外围元器件少，构成的电路体积小；

7）支持由交流输入市电整流输出直流电压直接启动；

8）可用于LED灯功率小于15W应用场合，工作效率高；

9）可调光低至1%，具有适应人眼视觉特性的调光控制特性；

10）支持各种调光应用场合（例如不调光和前沿/后沿相控调光应用场合）。

2.SSL2101工作原理

SSL2101内含高电压功率开关管和有关为相控调光电路供电的高电压电路，这样可以减少外围电路元器件数量和降低电路成本。电路可以直接由交流输入市电整流输出直流电压启动，无需外部启动电路^[36]。

SSL2101采用谷底检测（过零检测）技术，由于功率开关管可以在最佳时间点导通，从而降低了LED驱动电路的功率损耗。

在SSL2101内部集成了泄放电路开关和比较器，可以减少外围元器件数量和电路板尺寸。相控调光晶闸管导通后有一个维持电流，只要通过相控调光晶闸管的电流不低于这个维持电流，相控调光晶闸管就可以可靠导通。目前使用的相控调光晶闸管维持电流一般是7～75mA（驱动电流为7～100mA），导通后相控调光晶闸管回路电流必须要大于这个值相控晶闸管才能可靠导通，否则会关断再重新触发。采用智能泄放电路，SSL2101可以检测到何时相控调光晶闸管不需要泄放电流关断泄放电路工作（如LED负载电流足够大），这可减少电路功耗和增加系统工作效率。

SSL2101采用散热增强SO16封装和内置过温度保护控制功能，可以提供可靠和安全的散热，增加SSL2101工作寿命，允许在更高的环境温度下正常工作。在SSL2101热保护工作期间，工作电流降低至启动工作电流，一旦热保护解除，SSL2101恢复正常工作。

SSL2101保护控制功能齐全，具有过电流保护、绕组短路保护、短路检测和最大占空比限制等保护控制功能，确保SSL2101能够可靠的工作。SSL2101适用于功率低于15W的SSL照明，可用于GU10、E27灯、LED模组和LED灯串相控调光应用场合。

SSL2101是SSL210X系列LED相控调光驱动控制集成电路中的一款，SSL210X系列集成电路主要有SSL2101、SSL2102和SSL2103三种，各自特点如表4-12所示。

表4-12 SSL210X平台的有关集成电路

SSL2101引脚图如图4-120所示，SSL2101内部工作原理框图如图4-121所示，SSL2101引脚功能如表4-13所示。

图4-120 SSL2101引脚图

图4-121 SSL2101内部工作原理框图

表4-13 SSL2101引脚功能

（续）

3.SSL2101主要控制功能

SSL2101通过导通时间控制和频率控制技术来调节LED发光亮度，通过BRIGHTNESS、PWMLIMIT引脚和外接调光器一起可以调节控制LED的发光亮度，PWMLIMIT引脚也可以用于热流明管理（TLM）和LED工作电流的精确控制，SSL2101主要控制功能特点如下^[37]。

（1）通过交流输入市电整流输出直流电供电可以完成电路的启动，一旦V_CC引脚电压高于V_CC（启动）电压，SSL2101就开始工作，然后由变压器辅助绕组回路供电。

一旦V_CC引脚电压低于V_CC欠电压锁定输出电压（UVLO），SSL2101停止工作，如果供电电压足够高，SSL2101又试图重新启动工作。

（2）SSL2101内部振荡电路为内部逻辑电路提供定时信号，振荡频率可以通过RC和RC2引脚外接RC元件参数设定，外接电容被快速充电到V_RC（max），开始一个新的开关工作周期，然后外接电容被快速放电到V_RC（min），放电为指数规律。当VBRIGHTNESS为高电位时，电路开关工作频率可以利用式（4-99）计算。

式（4-99）中，电阻R值等于两只振荡电阻（接至RC和RC2引脚电阻）的并联值，电容C表示连接到RC引脚⑧的电容。

为确保接到RC引脚的电容在充电时间内被可靠充电，电容C的容量不要大于1nF，由于漏电原因接至RC引脚电阻阻值不要大于220kΩ。(www.xing528.com)

（3）SSL2101的脉冲占空比受内部稳压电压和RC引脚的振荡信号控制，PWMLIMIT引脚电压决定最低导通时间，最低脉冲占空比可以为0%，最大脉冲占空比为75%。

（4）在SSL2101中设有适于多种相控调光器应用的强和弱泄放电路，强泄放电路用于确保相控调光晶闸管导通电流过零和相控调光晶闸管导通时可靠工作，弱泄放电路用于为相控调光晶闸管调光电路中的相控调光晶闸管提供维持导通工作电流。

强泄放电路在WBLEED引脚电压为最大值，SBLEED引脚电压低于V_th（SBLEED）52V的典型值电压时导通工作，一旦I_SENSE引脚电压大于V_{th（高）（ISENSE）}的-100mV典型值电压时，弱泄放电路开始工作，当I_SENSE引脚电压低于的-250mV典型值电压时，弱泄放电路关断不工作。并且，强泄放电路工作时，弱泄放电路不工作，工作原理图如图4-122所示^[38]。

图4-122 强、弱泄放电路工作原理图

（5）利用PWMLIMIT引脚电压可以控制电路的开关工作周期，电路开关工作频率可以利用公式（4-100）计算。

式（4-100）中，L_p是变压器一次绕组自感；C_p是功率MOSFET管漏极杂散电容。

如果电路使用了AUX引脚，电路工作于DCM工作模式。

（6）电路通过接到功率MOSFET管源极的电阻可以实现逐周期漏极峰值电流限制控制功能，在前沿消隐（LEB）时间过电流保护电路工作，以确保电路可靠工作，不会误动作。

（7）变压器绕组短路保护（SWP）电路在前沿消隐时间结束后开始工作，如果在功率MOSFET管源极上的检测电压大于保护阈值电压V_th（swp）时，电路停止工作。如果二次侧整流二极管短路，电路也会保护动作。

（8）SSL2101内部含有过温度保护控制功能，当SSL2101内部的结温超过热关断温度时SSL2101停止工作，这时SSL2101工作电流低于启动工作电流，一旦过热故障消除，电路恢复正常工作。

SSL2101的Buck变换典型应用电路工作原理图如图4-123所示，SSL2101 Flyback变换典型应用电路工作原理图如图4-124所示_[39]。

4.3.1.2 采用SSL2101的12W相控晶闸管调光LED驱动电路

1.电路特点与主要技术指标

下面介绍采用SSL2101的12W输出功率相控晶闸管调光电路，电路工作原理图如图4-125所示，电路有关技术指标如表4-14所示。

图4-123 SSL2101的Buck变换典型应用电路原理图

图4-124 SSL2101Flyback变换典型应用电路原理图

表4-14 电路的有关技术指标

（续）

2.影响电路工作性能的有关因素

（1）电路功率因数大于0.9，为了得到高功率因数，电路工作于固定导通时间工作模式，如图4-125所示，输出直流电压经过电容C₆滤波，电路在非调光工作模式下可以获得高功率因数。在调光工作模式下，就有在LED低亮度输出时相控调光晶闸管的维持导通工作电流等问题，同时也需要有阻尼电路来吸收存储在相控调光LC电路中的能量，在低功率工作条件下（<10W）可以使用一只串联电阻来实现这个目的，但是在高功率工作条件下如果再串一只阻尼电阻就会严重影响电路的工作效率。为了提高电路的工作效率可以采用串联电阻和阻尼电路并用的方法，串联回路由F₁、R₁和R₂组成，如图4-125所示，并联阻尼电路由C₂和R₃组成。

输入滤波电路为容性，C₁、L₁、L₂、C₃和C₄组成的滤波电路用来阻断来自输入电路的干扰信号，由于这个滤波器呈容性的原因，会降低电路的功率因数，在交流输入市电电压为AC230V时可以采用150nF的滤波电容，在11W输出功率工作条件下可以获得0.9的功率因数。

电阻R₁₈和晶体管VT₁和VT₂组成输出限电流功能电路，电位器R₂₀可以设定限电流保护点，同时这个回路还可以起输出过电压保护功能，如果LED负载上的电压高于23V，就会有电流流过R₁₉和稳压二极管VD₉，电流流过光耦合器IC₂将会拉低PWMLIMIT和BRIGHT-NESS引脚电压，如果PWMLIMIT和BRIGHTNESS引脚电压低于400mV，电路导通时间会变为零，电路中止输出。

如图4-125所示，通过检测交流输入市电整流输出电压可以实现调光范围检测，电阻R₄、R₅和R₁₇组成分压电路，电容C₉对分压电压滤波，这个回路可以决定变换电路的脉冲占空比和开关工作频率。

Flyback变换的优点之一是在不改变Flyback变压器一次绕组电感量的条件下，通过改变Flyback变压器的匝数比就可以改变输出电压。Flyback变换器的工作效率和输出电压有关，

图4-125 电路原理图

较低输出直流电压时二次输出损耗加大。一般而言，相控晶闸管调光Flyback变换电路在较高输出直流电压时（例如DC60V）的工作效率在80%左右，在低输出直流电压（例如DC3V左右）的工作效率会低些，低的具体值和输出直流电压有关，在低输出直流电压情况下如果采用同步整流可以提高电路工作效率。

（2）输出纹波电流大小和加到LED负载的直流电压大小、LED的动态电阻R_动态、输出滤波电容容量和输出电容的特性等因素有关，一般±25%的LED负载纹波电流对应小于1%的光输出是可以接受的。滤波电容容量C_out可以利用式（4-101）计算。

（3）有时可以使一个调光器来带多个LED驱动电路，同时调节几个LED负载的发光，后延相控调光在一个调光器带多个LED驱动器的应用场合较前沿相控调光有优势。

当采用后沿相控调光控制时没有浪涌电流，而前沿晶闸管相控调光由于输入电压的突然变化会在输入电容上产生很大的浪涌电流，从而引起较大的功率损耗，而后沿相控调光就没有这个问题。但是，在低负载功率的条件下如果采用相控后沿晶体管调光由于调光晶体管上的电压降会降低调光电路的工作效率^[40]。

如图4-125所示，为了使电压检测更为精确，可以用稳压二极管代替电阻R₄，对AC230V输入和AC120V输入应取不同的稳压值。由于调光灵敏度提高了，在使用相控晶闸管调光时调光曲线变化会更为剧烈些。