4.6.1.1 iW3612的功能与主要特点
1.iW3612的功能
iW3612是一款用于LED相控调光控制的离线式AC/DC高性能数字驱动控制器，采取2级架构设计，集斩波式PFC和Flyback恒流控制功能于SOIC-8封装内，主要应用于小体积、高功率密度LED相控调光驱动应用场合，具有很好的相控调光器兼容性能，平滑的调光控制效果[54]。
iW3612采用一次侧反馈控制技术（PSR），可以省掉光耦合器和相关外围反馈控制元件，简化了电路设计，构成的LED驱动电源体积小，可以实现高工作效率和低EMI。同时，在iW3612内部采用了逐脉冲波形分析技术，可以精确的控制通过LED电流的稳定性，在不使用控制环路补偿的情况下可以确保电路在工作环境下工作的稳定性。采用iW3612构成的LED驱动电路具有使用元器件数量少，EMI设计方便和电路总造价低的特点。
iW3612可用于8～25W的LED相控调光驱动电路应用场合。iW3612-00主要适用于AC100V交流输入市电供电电压应用场合，iW3612-01主要适用于AC230V交流输入市电供电电压应用场合，iW3612-03主要适用于AC100V/230V交流输入市电供电电压应用场合[55]。
iW3612采用数控技术来检测相控调光器类型和调光相位，通过相控方法来调节通过LED电流的脉冲宽度，从而实现LED发光亮度调节。
iW3612工作于准谐振工作模式，具有工作效率高的特点。由于采用了独有的数控技术消除了LED相控调光发光闪烁现象。iW3612可以工作于相控前沿/后沿调光工作方式，也可以工作于R型、R-C型或R-L型调光控制方式。
在不使用调光器时，iW3612可以自动检测到没有调光器使用的工作状态。
iW3612相控LED调光控制驱动器具有以下特点。
（1）支持LED负载热插拔；
（2）最大输出功率高达25W；
（3）LED工作电流温度补偿；
（4）智能壁式相控调光器检测；
（5）LED负载恒流精度不低于±5%；
（6）1%～100%宽范围调光，调光无闪烁；
（7）电路启动快，启动电流典型值为10μA；
（8）交流市电输入频率适应范围为45～66Hz；
（9）电路体积小，输入/输出电容和变压器体积小；
（10）适用于AC110V/230V离线式隔离LED驱动用AC/DC控制器；
（11）一次侧反馈控制，无需光耦合器反馈，简化了电路设计；
（12）相控前沿/后沿调光、非调光器检测、混合调光结构和非调光控制；
（13）工作于准谐振工作方式，工作效率高，在非调光工作模式下工作效率为85%；
（14）保护功能全，主要保护功能如下。
1）LED负载开路保护；
2）过温度保护；
3）LED负载短路保护；
4）电流检测电阻短路保护；
5）负载过电流保护。
2.iW3612引脚功能
iW3612外形图如图4-177所示，iW3612引脚图如图4-178所示，引脚功能如表4-26所示。
图4-177 iW3612外形图
图4-178 iW3612引脚图
表4-26 iW3612引脚功能
4.6.1.2 iW3612的工作原理与应用
iW3612为一款用于LED相控调光控制的离线式AC/DC高性能电源变换驱动控制器，它采用先进的数控技术来检测相控调光器工作类型和调光相位，通过相控方法来调节通过LED电流的脉冲宽度，实现LED发光亮度调节。在低调光电平时，调光工作频率为900Hz，调光控制工作方式为PWM调光控制工作方式，可以消除相控调光发光闪烁现象[56]。
iW3612内部含有壁挂式相控调光器类型检测、相控调光器调光相位检测和LED输出亮度调节两部分功能电路，利用一次侧反馈控制可以获得很好的LED负载恒电流工作特性，利用斩波电路可以提高电路功率因数。
iW3612可以适用于大部分常用壁挂式相控调光器LED调光应用场合，电路造价低，可以很方便的将LED调光灯泡用于常用的白炽灯调光灯座。
iW3612可用于前沿、后沿相控调光和无相控调光应用场合，可以对所处的前沿、后沿相控调光控制工作状态或无相控调光器工作状态自动检测，使电路工作于相应状态。iW3612工作于高工作效率的CCM工作模式，电路EMI低。
iW3612内部的启动控制电路可以确保iW3612稳定工作，同时iW3612还可以提供输出限电流保护、输出过电压保护和过温度保护等多重保护控制功能。利用iW3612的VT引脚可以提供LED的过温度补偿控制。通过外接负温度系数热敏电阻可以检测LED的工作温度，如果VT引脚电压低于VP-LIM（HI），通过iW3612的控制作用可以降低LED的工作电流，如果VT引脚电压低于VSH-TH，则关断iW3612的工作。
iW3612内部工作原理框图如图4-179所示，iW3612典型应用电路工作原理框图如图4-180所示。
图4-179 iW3612内部工作原理框图
图4-180 典型应用电路工作原理框图
（1）常用壁挂式相控调光器有前沿相控调光器和后沿相控调光器两种。前沿相控壁挂式调光器工作波形如图4-181所示，后沿相控壁挂式调光器工作波形如图4-182所示。
图4-181 前沿调光壁挂式调光器波形
图4-182 后沿调光壁挂式调光器波形
在电路启动后的第3个周期，iW3612开始进行相控调光器类型的检测（或叫相控调光器发现），通过检测发现LED驱动电路是否接有相控调光电路，如有相控调光控制电路存在，则判断是前沿相控调光器还是后沿相控调光器。
通过0.14V阈值电压和数字化VIN电压比较而产生一个V导通电压（参见图4-183），在VIN电压期间（t周期），VIN电压持续时间通过两个过零的上升沿来决定，时间t导通通过内部时钟电路产生，如果电压VIN A高于0.14V，时间t导通设定值大，如果电压VIN A低于0.14V，时间t导通复位为0。如果时间t导通低于VIN电压持续时间过低，则检测到有调光控制器的存在，iW3612利用产生的这个检测信号来判定具体调光器类型。大的检测信号电压值表示为前沿相控调光器，调光电路进入前沿相控调光工作模式，否则为后沿相控调光工作模式。
图4-183 相控调光器检测
在相控调光器检测阶段，iW3612的OUTPUT（TR）引脚保持高电平，斩波功率MOS-FET管导通，使相控调光电路工作呈现为电阻性工作特性。
（2）相控调光器检测和相控调光器跟踪控制策略的正常工作均取决于对输入市电电压的精确检测，在相控调光器检测过程的第二个周期进行VIN电压检测，检测结果被锁存以备后用。并对测得到的VIN电压持续时间进行计算，这个电压值不是一个固定值，以适应50Hz/60Hz交流市电供电应用场合，并允许有10%的频率变化范围。当VIN超过上升阈值电压时开始相位测量。如图4-184所示，直至VIN低于下降阈值电压。
图4-184 调光器相位测量
相控调光器相位比可以利用式（4-116）计算。
计算得到的相控调光器相位比值被用来产生相控调光控制脉冲占空比信号D，相控调光控制脉冲占空比D可以决定通过LED负载电流的大小。
如果相控调光器相位比值低于0.14，则被限定在0.14，如果相控调光器相位比值大于0.7，则被限定在1.0，否则相控调光器相位比值利用式（4-117）计算。
D比率=调光器相位比×K1-K2 （4-117）(www.xing528.com)
式中参数K1的值被设定为1.74，K2的值被设定为0.23，利用VISENSE（NOM）来表示100%的LED负载正常工作电流，调节LED负载电流的电压VISENSE可利用式（4-118）计算。
当相控调光控制占空比D=1时，表示流过LED负载的工作电流为100%的标称LED负载工作电流，如果当调光控制占空比D=0.01，则表示流过LED负载的工作电流为1%的LED负载标称工作电流。
（3）开关变换电路工作原理图如图4-185所示。通过开关变换电路驱动LED负载，开关变换主电路由LC、VTC、RC、RS和VD2等元器件组成，LC为开关变换储能电感，在功率MOSFET管VTC导通工作期间，电感LC储能，当功率MOSFET管VTC关断工作期间，电感LC释放所储能量，功率MOSFET管VTC导通工作时间可以利用式（4-119）计算。
图4-185 开关变换电路工作原理图
功率MOSFET管VTC的开关工作周期可以利用式（4-120）计算。
电压VIN_A是电压VIN的分压，电压VCB是电容CB两端的电压，当时间t导通小时，功率MOSFET管VTC一直导通，当时间t导通大时，功率MOSFET管VTC的工作周期由式（4-119）和式（4-120）决定。在开关工作周期内，流经电感LC的平均电流和交流输入市电电压同相位，所以电路具有高的功率因数，当交流输入市电电压高于电容CB上的电压时，开关变换电路通过二极管VD1为电容CB充电，这样可以在相控调光晶闸管被触发导通时降低输入浪涌电流。电路有关信号波形如图4-186所示。
（4）在电路启动之前，通过VIN引脚和VCC引脚之间的二极管为接至VCC引脚的电容充电，当VCC引脚电压高于iW3612的启动阈值电压VCC（ST）时，如图4-187所示，iW3612内部的使能信号有效，使iW3612内部控制逻辑电路开始工作，当iW3612内部控制逻辑电路被使能后，iW3612进入正常工作模式。
图4-186 开关电路有关信号波形
图4-187 启动时序图
在iW3612的三个半交流输入市电工作周期期间，iW3612的OUTPUT（TR）引脚输出保持为高电位，在完成相控调光器类型和交流输入市电周期检测后，恒电流电路被使能工作，输出电压开始斜坡上升，当输出电压高于LED负载的正向导通电压时，iW3612开始进入恒电流工作模式。
在iW3612的启动工作期间工作于软启动工作状态，起始输出驱动脉冲宽度小并慢慢展宽，直至进入正常工作状态，通过iW3612内部的峰值电流IPEAK比较器完成逐周期限电流控制。
（5）Flyback变换器工作原理简图如图4-188所示，当功率MOSFET管VT1在时间tON（t）内导通时，整流输出的交流市电电压vg（t）流过功率MOSFET管VT1，电流为ig（t），电能变为磁能存储于开关变压器一次绕组电感LM中，这时，二极管VD1反偏，负载电流由二次侧电容CO上的电压提供，当功率MOSFET管VT1关断时，二极管VD1导通，存储在开关变压器一次绕组电感LM中的电能被释放输出到负载。
图4-188 Flyback变换器工作原理简图
为了能很好的调节输出电压，电路需要精确的检测输出电压和输出电流，对工作于电流DCM工作模式的Flyback变换器，输出电压和输出电流信息可以通过辅助绕组或Flyback开关变压器的一次绕组获得，在功率MOSFET管VT1导通工作期间，负载电流通过输出滤波电容CO提供，一次绕组上的电压为vg（t），假设功率MOSFET管VT1导通工作期间上的电压降为零，通过功率MOSFET管VT1的线性电流上升斜率可利用式（4-121）计算。
在功率MOSFET管VT1导通工作结束期间的电流峰值可以利用式（4-122）计算。
存储在一次绕组磁化电感（LM）内的电能可以利用式（4-123）计算。
在功率MOSFET管VT1关断工作期间，Flyback变压器一次绕组磁化电感（LM）上的电流ig（t）迫使一次侧磁化电感（LM）绕组上的电压极性反相，如果忽略由于开关变压器漏感LK在关断瞬间而引起的交叠时间，二次侧负载电流峰值可以利用式（4-124）计算。
辅助绕组N辅助上的电压可以利用式（4-125）计算。
辅助绕组N辅助上的电压波形如图4-189所示，由于二极管上的电压降和电阻上的电压降ΔV损失，负载上的电压波形不同于二次绕组上的电压波形。二极管上的电压降和通过二极管的电流大小有关。
（6）为了降低在功率MOSFET管上的功耗和电路的EMI，在恒电流输出工作模式下iW3612采用了谷底开关工作模式，在谷底开关工作模式下，功率MOSFET管在漏源极之间电压最低时刻导通（如图4-190所示），这样可以显著的降低在功率MOSFET管上的功耗。
图4-189 辅助绕组N辅助上的电压波形
图4-190 谷底开关工作模式波形图
在VDS最低的情况下功率MOSFET管导通产生的电压变化率dV/dt也最低，因而产生的EMI也最低。当开关工作频率过高时，如图4-190所示，iW3612可以跳过谷底，以限制电路开关工作频率变化范围。
在iW3612的每个开关工作周期都要对VSENSE的下降沿进行检测，如没有对VSENSE的下降沿进行检测，则功率MOSFET管的关断时间将被扩展，直至VSENSE的下降沿被检测到。开关变压器的最大允许复位时间为120μs，当开关变压器的最大允许复位时间达到了最大允许复位时间，iW3612立即关断。
（7）iW3612利用专有的一次侧反馈恒电流控制技术可以在输出电压变化的情况下确保输出电流恒电流。利用接至功率MOSFET管源极与地之间的电流检测电阻，通过iW3612的ISENSE引脚完成一次侧电流的检测，从而实现对输出电流检测。
电流ISENSE检测电阻参数决定开关电源的最大输出电流，开关电源输出电流可以利用式（4-126）计算。
式中的NPS表示开关变压器的一次、二次绕组的匝数比，RSENSE表示图4-195中的电阻R14或ISENSE电流检测电阻。电路恒电流工作波形图如图4-191所示。
图4-191 电路恒电流工作波形图
（8）VIN电阻主要用于分压，降低iW3612的输入电压，iW3612决定的分压系数对AC230V交流输入市电电压为0.0043，对低AC110V交流输入市电电压为0.0086，假定iW3612的该引脚输入阻抗为2.5kΩ，对AC230V交流输入市电电压，VIN电阻可以利用式（4-127）计算。
（9）iW3612有关保护控制功能
1）iW3612内部含有输出过电压保护控制功能，通过iW3612的VSENSE引脚可以实现对输出电压检测，如果iW3612的VSENSE引脚上电压超过了它的过电压保护阈值电压，iW3612立即处于关断工作状态。
iW3612采用一个扩展的放电时间来确保在iW3612重新启动前使接至VCC引脚的电容完全放电。如果iW3612的VCC引脚上电压低于欠电压锁定输出（UVLO）阈值电压，iW3612重新复位又开始一个新的软启动周期。
在故障工作条件下，iW3612试图连续启动三次，如果三次连续启动失败，iW3612将进入不工作工作模式。这时，iW3612将不响应VCC引脚上的加电信号，经过29次试启动后，iW3612将再次进入有效工作状态，如果iW3612的VCC引脚上电压已完全放电，iW3612将被复位，一般而言这个放电时间为3～5s，扩展的放电时间可以允许iW3612处于LED负载热插拔工作状态，而不损坏LED负载。
2）峰值电流限制、过电流保护和检测电阻短路保护是iW3612的内部电路保护控制功能，利用iW3612的ISENSE引脚可以检测Flyback变换电路的一次侧电流，完成逐周期电流限制和峰值电流控制功能，当一次侧电流峰值和ISENSE电流检测电阻的乘积大于1.89V时，过电流保护电路动作，iW3612立即关断栅极驱动输出信号，直至下一个工作周期。
如果接至ISENSE引脚的电流检测电阻被短路，如果对这种故障现象不加以检测，则有可能对电路的正常工作造成潜在的危害，为了应对这种故障现象，在电路刚启动时就检测这种故障现象，如果检测到这种故障现象，应立即关断iW3612的工作。
3）实用中，如果在iW3612的VT引脚连接了负温度系数热敏电阻，则iW3612可以实现过温度故障的保护，通过检测VT引脚上的电压可以实现对负温度系数热敏电阻上温度的检测，实现过温度保护控制。
如图4-192所示，随着VT引脚上的电压下降，通过iW3612的控制作用降低开关驱动电路的输出电流。如图4-192和图4-193所示，当VT引脚上电压达到VP-LIM（HI）时，开关电源电路的输出电流开始下降，在点VP-LIM（LO），开关电源电路的输出电流下降至1%的标称输出电流，当VT引脚上的电压达到VSH-TH时，iW3612关断，直至VT引脚上的电压高于VP-LIM（HI）。
图4-192 VT引脚电压与标称输出电流（%）关系曲线（iW3612-00/01）
图4-193 VT引脚电压与标称输出电流（%）关系曲线（iW3612-03）
iW3612调光控制特性如图4-194所示，采用iW3612的AC230V交流输入市电电压，DC13V/350mA输出电路工作原理图如图4-195所示[57]。
iW3602和iW3610的内部结构、电路工作原理和iW3612类似，由iW3602和iW3610构成的LED相控晶闸管调光驱动电路最大输出功率高达10W。实用中，可以根据工作需要来选用[58]，[59]，[60]，[61]。
图4-194 调光特性曲线
图4-195 AC230V交流输入市电电压DC13V/350mA输出电路工作原理图
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