NCL30000应用的17W晶闸管调光驱动LED电路

下面介绍采用NCL30000的相控晶闸管调光应用电路，该电路的交流输入市电供电电压为AC230V，工作于PFC的单级Flyback变换CRM工作模式，可用于相控前沿/后沿调光应用场合，可以驱动4～15只串联LED负载。主要保护功能有LED负载开路保护、过温度保护和输出过载保护等^[53]。

1.电路主要技术指标 电路主要技术指标如下。

1）工作环境温度：50℃；

2）满载工作效率：>82%；

3）最大输出功率：17.5W；

4）输出电流：350mA±5%；

5）典型功率因数值：>0.93；

6）输出直流电压范围：DC12～50V；

7）可用于相控前沿/后沿调光应用场合；

8）交流输入市电电压适应范围：AC180～265V。

2.电路工作原理

电路板采用双面电路板，图4-171为电路板的过孔元件面，图4-172为表面贴装元件面，图4-173为电路工作原理图。

图4-171 过孔元件面

图4-172 表面贴装元件面

图4-173 电路工作原理图

电路的最优调光工作负载为12W，输出电流为350mA，最高交流输入市电电压为AC265V，工作性能转换点为AC200V，当交流输入电压大约为AC200V时，电路控制由二次侧闭环控制转为一次侧控制，当交流输入市电电压进一步降低时，输出电流平滑的降低，以适应调光应用的要求。

如图4-173所示，电容C₉上的电压决定电路的调光和输出电流是否下降，即决定LED负载的功耗，有关参数之间的关系如式（4-111）所示，有关变量如表4-25所示，按表4-25计算出的电容C₉参数如式（4-112）所示，计算出的电容C₉参数供参考，使用中还需调节，本电路经过试验后选用180pF，可以获得满意的调光转换点，小容量的电容C₉对应较小的相控晶闸管导通角。

表4-25 影响电容C₉取值的有关参数

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（1）如图4-173所示，调节电阻R₂₉的阻值可以调节过电流保护点，具体计算如式（4-113）所示，电阻R₂₉的功耗可以利用式（4-114）计算。

（2）输出纹波电流的大小和输出滤波电容的容量有关，如果输出电压稳定则LED负载的纹波电流要小些，如果滤波电容的等效串联电阻小，对应的LED负载纹波电流也会小，同时LED负载的纹波电流还和LED负载的正向工作特性有关。一般而言对350mA的输出负载电流，如果要求输出纹波电流不大于30%的输出电流，则滤波电容的容量应取2×470μF，同样，如果LED负载电流为1A，要求LED负载的纹波电流不大于30%，则要求滤波电容的容量为2×1000μF，两只电容并联使用。

图4-173所示电路中的27mH共模干扰抑制电感（L₁）和两个470μH差模干扰抑制电感（L₂、L₃）和相应47nF的差模干扰抑制电容（C₂）可以对电路的有关传导干扰提供足够的抑制，4.7nF的差模干扰抑制电容C₁₀可以旁路功率变压器产生的共模干扰。电路满足B类传导干扰的有关技术要求。

（3）流过功率MOSFET管的最大电流可以通过电阻R₂₀来设定，可以利用式（4-115）计算出在启动工作条件下有25%电流余量的电阻R₂₀参数值。

在本电路中选用表面安装DPAK或TO-220封装的功率MOSFET管，在15W输出功率，工作环境温度为+50℃的应用场合选用DPAK封装、800V/2A额定值的SPD02N80C3功率MOSFET管，变压器一次侧最大电流计算值为1.15A，NCL30000的过电流保护阈值电压为0.5V，为确保有25%的余量，选用过电流保护电阻值为0.348Ω，选用标准阻值0.33Ω，在NCL30000的引脚CS与功率MOSFET管的源极之间须串接一只100Ω的电阻，可以起高频干扰抑制作用。

电路中的正温度系数热敏电阻（PTC）RT₁用于实现电路的热关断，RT₁应尽可能靠近功率MOSFET管VT₃，可以可靠的检测电路工作温度。

图4-173中的晶体管VT₅和稳压二极管VD₁₂起LED负载开路或输出过电压保护功能。这里稳压二极管VD₁₂的稳压电压取56V，可以适用于4～15只LED负载串联的应用场合。

（4）Flyback变压器在电路中用作为高频功率变换传输提供通路，为满足对LED负载平均工作电流的需求，Flyback变压器应能提供2.5倍的平均输出功率容量，以确保Flyback变压器可靠工作，该电路中Flyback变压器的功率容量设计为43W，实现对17.5W的LED负载供电。在该电路中匝数比取3.83。

功率开关管的导通时间和最低交流输入电压和峰值负载功率17.5W有关，最大导通时间约为15.8μs，根据电路的最低开关工作频率可以计算出Flyback变压器的一次绕组电感量为1.72mH。

根据计算出Flyback变压器的一次绕组电感量、工作电压和导通时间可以算出通过Fly-back变压器的一次侧峰值电流为1.15A，根据一次绕组电感量、磁心的最大磁通密度和磁心尺寸可以算出一次绕组匝数为92匝，根据一次绕组匝数、工作电流和最大磁通密度可以计算出Flyback变压器的磁路磁缝间隙为0.014英寸，根据3.83的匝数比可以算出二次绕组匝数为24匝，二次绕组可以用3股绝缘线来绕制。

（5）图4-174为12只LED负载串连，输出直流电压为37V，输出电流为350mA时电路

图4-174 13W负载时的交流输入电压与工作效率关系曲线

交流输入电压、LED负载电流与工作效率的关系曲线，可以看出工作转换点在AC200V左右，交流输入市电电压高于AC200V时，LED负载电流通过二次侧控制回路控制。图4-175为电路板的功率因数、总谐波失真与交流输入市电压电压的关系曲线，图4-176为LED工作电流与LED正向电压降之间的关系曲线，从图4-176可以看出，电路有三个工作区，它们分别是恒压工作区、恒流工作区和故障工作区。实验证明不同的调光器调光工作性能有不同，最小导通控制角与调光器的种类有关。

图4-175 功率因数、总谐波失真与交流输入市电压电压的关系曲线

图4-176 LED工作电流与LED正向电压降之间关系曲线

电路板的功率因数、总谐波失真与交流输入市电压电压的关系曲线如图4-175所示，LED工作电流与LED正向电压降之间的关系曲线如图4-176所示。