采用SSL2102的LED相控调光驱动电路优化方案

4.3.2.1 SSL2102特点与工作原理

1.SSL2102特点

SSL2102是一款SO20封装高集成度LED相控调光驱动控制集成电路，内部集成了调光控制和开关电源控制模块。具有工作效率高和高功率因数的特点，适用于相控前沿/后沿调光LED照明应用场合。能支持25W最大输出功率，调光深度可低至全光照强度的1%，可以兼容多种类型的调光器^[41]。

SSL2102散热性能优良，工作可靠性好，通过内部V_CC稳压电路可以直接利用交流输入市电整流输出的高电压直流电启动，通过内部优化的调光控制电路可以优化电路的调光控制特性。SSL2102内含高电压功率开关管和为相控调光电路供电的相关高电压电路，并且内含泄放电路，利用泄放电路可以在相控晶闸管调光电路低亮度输出时，保证相控晶闸管由于低工作电流而可靠工作。退磁检测电路可以在相控晶闸管低输出电压或变压器漏感较大的情况下使电路高效和可靠工作，SSL2102内部有关保护电路可以确保电路工作可靠性，当集成电路结温超过热关断温度时，过温度保护电路（OTP）可以中止集成电路的工作。在集成电路热保护工作期间，集成电路工作电流降低至启动工作电流，一旦集成电路热保护控制解除，集成电路恢复正常工作。利用外接电流检测电阻可以逐周期限制电路的峰值电流。

SSL2102与SSL2101功能相同，但输出功率较SSL2101高，SSL2102主要特点有：

1）变压器绕组短路保护（SWP）；

2）集成度高，使用外围元器件少；

3）内置优化的谷低开关检测功能；

4）满足有关安全和功率因数的技术要求；

5）支持前沿/后沿相控调光LED照明应用场合；

6）适用于LED负载总功率小于25W应用场合；

7）支持隔离和非隔离架构LED驱动电路设计；

8）具有过温度保护、过电流保护等保护控制功能；

9）增强散热功能的SO20宽体封装，增强了集成电路散热功能；

10）通过内含的功率变压器退磁检测电路使功率开关电路工作于谷底开关，提高了电路工作效率；

11）易于和现有的相控调光器匹配，应用范围广，通过内置适应人眼视觉特性的调光曲线实现调光，可调光低至最大发光的1%。

SSL2102引脚图如图4-126所示，内部工作原理框图如图4-127所示，引脚功能如表4-15所示。

图4-126 SSL2102引脚图

图4-127 内部工作原理框图

表4-15 SSL2102引脚功能

2.SSL2102工作原理

SSL2102工作原理和SSL2101类似，可以参见SSL2101工作原理部分有关内容。

3.SSL2102典型应用电路

SSL2102典型应用电路如图4-128所示^[42]。

4.3.2.2 采用SSL2102的30W相控晶闸管调光电路

1.采用SSL2102的30W相控晶闸管LED调光驱动电路

下面介绍采用SSL2102的30W相控晶闸管LED调光驱动电路，电路主要技术性能指标如下^[43]。

1）输出功率：30W；

2）工作效率：72%；

3）输出：42V/700mA；

4）功率因数大于0.7；

5）输入交流市电电压：230V/50Hz；

6）150mA峰-峰值输出纹波电流（小于10%）；

7）和相控晶闸管调光器匹配，调光无发光闪烁。

图4-128 SSL2102典型应用电路

2.电路工作原理

SSL2102最大输出功率为25W，在高输出功率应用场合必须考虑好电路散热问题，否则会降低驱动电路和LED负载工作寿命。在设计PCB时需注意电路有效散热，输出功率这个技术指标在设计变压器时是一个重要参数，在输出功率为30W应用场合，需采用E30或EFD30磁心，变压器将占PCB大部分空间。采用SSL2102的30W相控晶闸管调光电路工作原理图如图4-129所示。

图4-129所示电路Flyback变压器主要技术指标如下。

1）E30/EFD30磁心；

2）辅助绕组（L₁）：15匝，0.1mm绝缘线绕制；

3）一次绕组（L₃）：90匝，0.315mm绝缘线绕制；

4）二次绕组（L₂）：30匝，30股0.071mm绝缘线绕制；

5）一次绕组（L₃）：电感量为700μH，电感量和磁路间隙有关。

Flyback变压器绕制要求如下。

先绕第一层45匝的一次绕组，再绕第二层30匝的二次绕组，再绕第三层45匝的一次绕组，第四层绕15匝的辅助绕组。(www.xing528.com)

图4-129所示电路中，在防浪涌电流电阻R₃上会消耗较大的功耗，会极大降低电路工作效率，电路工作效率只有72%，如果采用有源阻尼电路，在电路完成启动工作后就短路，这只防浪涌输入电流电阻就可以进一步提高电路的工作效率。如果采用图4-130所示有源阻尼电路就可以立即解决电路启动防浪涌电流和电路工作效率的问题，有源阻尼电路工作原理图如图4-130所示。

图4-129 采用SSL2102的30W相控晶闸管调光电路

在图4-130所示电路中晶体管VT₁的发射结电压V_BE大于它的导通电压时，VT₁导通饱和，短路电阻R₃，可以降低在电阻R₃上的功耗，如果电路的工作电流加大，在电阻R₄上的电压降加大，有可能使晶体管VT₁退出饱和，从而起到限制电路电流的作用。为提高电路的工作灵敏度VT₁可以采用达林顿管。经过这样改进后电路工作效率可以提高9%左右，电路功率因数为0.65。

当输出电流为700mA时，在输出整流二极管上就会消耗大约1W的功耗，由于MOSFET管的导通电阻R_DS（on）较小，如果采用图4-131所示的同步整流技术，可以明显降低整流输出二极管上的功耗。

图4-130 有源阻尼电路工作原理图

图4-131 采用TEA1791的同步整流电路

但是同步整流电路需要用到有源控制电路，在有源控制电路中需用到运算放大器和一些无源器件，利用图4-131所示电路中的TEA1791可以实现同步整流。

同步整流控制电路需用到供电电源，在图4-131所示电路中通过辅助绕组L₅为TEA1791供电。这里同步整流MOSFET管VT₁的反向耐压应大于200V，导通电阻R_DS（on）必须低于1Ω，这对提高整流电路的工作效率有利。

3.保护控制

图4-129所示电路没有输出过电压保护控制功能，如果出现输出过电压故障就会击穿输出滤波电解电容，采用下面介绍的方法就可以解决这个问题。

如图4-132所示，利用一次侧检测技术可以实现二次侧电压检测，如果输出电压高于预定值时，晶体管VT₁饱和导通，使SSL2102的PWMLIMIT引脚电压接地为零，从而中止SSL2102的工作。

图4-132 输出电压限制一次侧检测电路

采用图4-133所示电路可以实现输出过电流保护控制功能，通过光耦合器U₁可以实现电路一次侧、二次侧之间的隔离。

图4-133 输出电压和输出电流反馈

4.泄放电路

相控调光器需要有一个固定的导通工作电流，如果工作电流低于阈值导通电流，相控调光器可能不正常工作，如图4-134所示电路加了一个由晶体管VT₁组成的泄放电路来为相控调光电路提供足够的工作电流，图4-134所示电路适用于230V交流输入市电电压应用场合^[44]。

图4-134 对电流检测和弱泄放电路的改进

5.电路的抗干扰

开关变换电路是主要的EMI源，可以用LC滤波电路来滤除EMI干扰，但是对特定的干扰频率需调节LC滤波器的参数，并且泄放电路的开关工作也会产生EMI问题，如需要可以在整流电路前加滤波电路。

6.电路工作效率的改进

对电路做一个小的修改就可以进一步提高电路工作效率，具体可以采用泄放电路和功率供电电路各自采用自己的供电回路，这时电路需要额外的高压整流二极管，电路工作原理图如图4-135所示。

图4-135 为提高电路工作效率采用分离的供电回路

7.减小一次侧电路的输入电容可以提高电路的功率因数

具体实现方法如下。

1）加大输出滤波电容的容量，这样可以减小输出纹波电流；

2）由于减小一次侧电路的输入电容，输入电路的纹波电压会加大，为维持同样的输出功率，电路的一次侧输入峰值电流会加大，这又会引起更大的开关损耗，电路发热加大，需要能提供更大电流的变压器满足电路要求；

3）加大输入电流可以适应更多类型调光器的工作。

8.在设计PCB时需考虑以下有关因素

1）交流输入市电整流二极管的耐压值需满足要求；

2）和交流输入市电整流二极管串联的有关于元件的峰值电流承受能力应足够，并不应该产生音频噪声；

3）I_SENSE、RC、BRIGHTNESS和PWMLIMIT引脚是低电压引脚，易受干扰信号的干扰，在设计电路板时需注意低电压元器件在PCB布线时应尽可能的接近IC，引线应尽可能的短；

4）IC所有GND和TC引脚应接到PCB大面积的地，以确保合理散热。

经过以上有关修改后的电路工作原理图如图4-136所示，电路中采用了同步整流技术。

图4-136 经过有关修改后的电路

修改后电路主要技术指标如下。

1）工作效率可达88%；

2）输入滤波电容容量小，输出滤波电容容量大，功率因数可高达0.94；

3）支持后沿相控调光，调光曲线得到优化，只有总输入电流低于阈值电流时弱泄放电路才工作；

4）由于输入滤波电容容量小，所以需加强EMI滤波，图4-136所示电路Flyback变压器的一次绕组电感量加大为1500μH，而图4-129所示电路中的Flyback变压器的一次绕组电感量为700μH。调节接到RC引脚的电阻R₇的参数可以调节输出功率大小，例如电阻R₇参数取6.2kΩ可以使电路输出功率为28W，如果电阻R₇的参数取6.8kΩ可以使电路输出功率为31W。