SG6858 脉宽调光隔离式 LED 驱动电源设计优化

由SG6858组成的15V/1A隔离式LED驱动电源电路如图2-37所示。当交流输入电压在85～265V范围内变化时，电压调整率为±0.2%。这一电压范围适用于全球各国，如美国为AC 110V，日本为AC 100V，欧盟各国为AC 230V，不需要改变电路元器件参数或选用倍压整流开关。

图2-37 15V/1A隔离式LED驱动电源原理图

负载电流从10%（0.1A）变化到100%（1A）时，负载调整率也能达到±0.2%，这能跟任何精密电源相媲美。启动电流小，待机功耗低，是这种恒功率开关电源的又一特点。该电路利用一个运算放大器对电压控制回路和电流控制回路进行控制，使得控制利用频率在很多开关之上，因此，它的功耗低、效率高，应用广泛。

1.SG6858的工作原理

SG6858是SGS公司最近推出的具有类似TOP功能的又一新产品。该芯片采用最新技术，在AC 110V输入时待机功耗可达到0.11W的最低水平，属于高效节能型开关电源。图2-37所示电路共使用了4片集成电路。SG6858是控制主电路，对脉宽调制进行控制；PC817为线性光耦合器，与精密稳压源组成线性良好的调节反馈回路；IC_3（a）和IC_3（b）组成低功耗运算放大器。图2-37所示的电路与一般的恒压源、恒流源相比有很多不同：IC_3（b）与取样电阻R₁₂和R₁₃组成电压控制回路，IC_3（a）则组成电流控制回路，按照逻辑或门的原理工作，即在任意时间里，输出为高电平时控制电路起控制作用。电路中增设了变压器二次绕组N_S2，专给控制回路供电。TR的二次偏压V₁能自动跟随直流输入电压V_D的变化而变化，这样在输入电压升高或降低时，输出电压V_o仍保持具有恒流的特性，只是在输出电压V_o低于0.8V时才使电路进入自动重新启动的状态。该电路使用SG6858控制芯片，它集成有适用于驱动的N沟道MOS功率管，还具有欠电压锁定和软启动功能。在图2-37中，采用运放LM358构成电流控制回路时，能将电流检测电阻R₈的阻值降低到0.1Ω，它的压降为0.12V，功耗只有0.16W，其功率损耗与输出功率的百分比仅为1.4%，比由晶体管构成的电流控制回路的损耗低得多。另外，还可以以提高输出电压的方式来降低功率损耗百分比，因为输出电压升高，功率升高，而输出电流在R₈上的损耗不变。显然，精密恒流、恒压电路中的R₈的功耗越低，电源的效率提高得越多。该电路还将反馈电压提高到18V，光耦合器的工作电压升高到20V，因此，这里用PC817来代替PC816。PC817的反向击穿电压V_（BR）CEO=70V，而PC816只能承受35V电压。

图2-37中的二次电压经VD₃、C₄、L₂和C₅整流滤波后，得到5V、1A的电能输出。R₁₂、R₁₃是分压取样电阻。输出电压V_o经R₁₂、R₁₃分压取得采样电压V_B，此电压加到IC_3（b）的5脚（同相输入端）。由TL431产生的基准电压（V_REF=2.50V）输入到IC_3（b）的6脚，V_B与V_REF比较后，输出误差信号V_r1，再通过VD₅和电阻R₄转换成电流信号。此电流流入光耦合器IC₂中的发光二极管LED，使其发光，进而使光耦合器中的接收晶体管产生光控电流。该电流流进IC₁的2脚（反馈输入端），控制占空比的变化，使输出电压V_o在IC_3（b）和光耦合器的作用下保持不变，实现恒压功能。电压控制回路中的C₈、R₁₀和R₁₁是电路频率补偿网络。IC₄的标准电压端V_REF与阴极连在一起，其目的是使输出电压V_REF也为2.5V。R₉是IC₄的限流电阻，使IC₄的工作电流限制在4.75mA。R₉=8V/4.75mA≈1.68kΩ。

IC_3（a）是该电路的电流控制回路的电压比较器，它的同相输入端接电流检测信号V_R8，反相输入端接在分压电阻R₇和R₈之间，其输出电压通过VD₆和电阻R₄转换成电流信号。此电流信号流入光耦合器内的发光二极管LED，控制IC₁的占空比，使电源输出电流I_o在恒流区内维持恒定。从图2-37清楚地知道：VD₅、VD₆就是一个“或门”。或门的意义是，若使电流控制回路输出高电平，电压控制回路为低电平，则维持电路工作在恒流输出区的状态；相反，如果电压控制回路输出高电平，电流控制回路为低电平，则电路工作在恒压输出区的状态。

二次绕组N_S2的感应电压经VD₄整流和C₇滤波后，获得直流电压V₁，专门为IC₃提供工作电压。当输入交流电压在85～265V之间变化时，V₁将在3～42V范围内变动。这个电压足以为IC₃在恒流、恒压过程中提供所需的电能，保证恒流、恒压正常运行。

电源可用于手机充电器、火力发电厂仪表、公路、铁路交通指示器、LED手电筒照明、台灯等用电装置。

2.SG6858电路的参数计算

1）电流控制回路的计算

要求：二次输出电流I_o不随输入电源电压、环境温度以及运行时间的变化而变化，是相对恒定的。

SG6858恒流输出的电流I_o由下式计算：

选择R₆时，应根据LED正向工作电流对精密稳压源IC₄的影响程度和运算放大器LM358的输入电流所产生的误差来决定阻值的大小。现取R₆=1.8kΩ，R₈=0.1Ω，I_o=1A，则信号检测电压V_R8=0.1×1.0V=0.1V。将V_REF=2.50V和R₆、R₈的值代入上式，可计算出R₇≈45kΩ。

2）电压控制回路的计算

要求电压控制回路和电流控制回路一样，不要以外界条件的变化而变化。恒压输出的电压V_o由下式决定：

上述公式不但适合于计算输出电压，也为计算精密负反馈电阻提供依据。R₁₂、R₁₃是串联分压取样电阻，总阻值不宜过小，否则会产生噪声干扰，但总阻值过大也将增加电路损耗。一般R₁₃取5kΩ，输出电压V_o=5V，则R₁₂=5kΩ。

3）反馈绕组电压的计算(www.xing528.com)

二次侧IC₃的供电电压与一次绕组N_P的电压极性相同，N_P与N_S2同各端的位置相互一致，因此，VD₄与SG6858的2脚因同步而导通或截止。它的意义是：供电电压V₁紧跟直流输入电压V_D的变化而变化，而与输出电压V_o无关，这一点是非常重要的。由于输出电压V_o非常低，因此才能保证电流控制回路的控制能力对输出电流进行控制，如果输出电压V_o较高，将无法确保恒流工作。V₁与V_o的大小有关，当输出电压V_o下降到较低水平时，有可能使电流控制回路超越恒流区而无法正常工作。

二次供电电压的最低值V_F（min）为5V，它的表达式为V_F=V_DV_S2/V_P-V_FD或N_S2=N_P（V_F+V_FD）/V_D。

为了计算N_S2，首先要计算直流输入电压的最小值V_D（min）。

式中，V_min=85V；P_o=5W；f_L=50Hz；t_c=3ms；η=85%。所以，V_D（min）≈84.97V。

根据V_D（min）=84.4V，N_P=70匝，V_FD=0.6V（二极管压降），有

直流输入电压的最大值。此时，V_F达到最大值，由上述公式算出V_F（max）≈26V，此电压并未超过LM358的电源电压极限值32V。

4）反馈绕组的计算

反馈绕组主要用于为IC₁提供供电电压和检测输入电压的要求。反馈绕组的电压极性与一次绕组同相，反馈绕组的输出电压经VD₂、C₃整流滤波后得到反馈电压V_F，要求V_F≥12V。反馈绕组匝数的计算公式为

根据N_P=70匝，V_F=12V，V_OF=0.6V，V_D（min）=84.4V，得

若将V_D（max）=375V代入上述公式，可算出V_F=N_FV_D（max）/N_P-V_OF=（10×375/70-0.6）V≈54.8V。PC816的最大值V_（BR）CEO为70V，可用。

5）光耦合器串联电阻R₄的计算

电阻R₄不仅是光耦合器中发光二极管的限流电阻，而且它还是控制回路决定其增益大小的一个重要元件，它的计算公式是

式中，V_SA是LM358的正向饱和电压，正常时V_SA=3.5V；V_F6是二极管正向压降，V_F6=0.65V；V_F是光耦合器中发光二极管的正向压降，V_F=1.2V；CTR_min是光耦合器的最小电流传输比，CTR_min=80%～160%。SG6858的控制端电流最大值I_C（max）为15mA。将这些参数代入上述公式。则R₄=（3.5-0.65-1.2）×1.2/（15×10^-3）=132Ω，取R₄=130Ω。R₄的阻值过大时，会使控制灵敏度降低；而阻值太小时，容易使控制回路的工作不稳定，产生误动作，甚至产生自激振荡，引发失控。

图2-38 FT6610非隔离式LED驱动电路