艾爾瓦特iW3614系列產品 成就高品質LED電源
- 劉一婷
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iW3614可調光LED控制IC提供廣泛的調光器相容性，藉由數位一次側反饋技術，達到功率因數大於0.9及低輸出電流紋波。它獨特的「斬波」線路可提供功率因數校正及調光器阻抗匹配。1個高品質設計要考慮多項因素，例如：功率因數、調光性能、效率、熱、輸出紋波及電磁干擾(EMI)…等因素。
綜合上述，以下將以「斬波線路」及「飛返線路」來描述1個30V/350mA規格，利用iW3614來設計的1個可調光LED驅動電源，線路設計以及展示機板如圖1及圖2。
斬波線路
iW3614可自動偵測在AC電路線上的調光器種類，如果沒有偵測到調光器，iW3614的操作就如同一般傳統的boost converter來提高功率因數。在boost inductor(L3)上的volt-sec是600V*µs. R5及C7形成一個高通濾波器來過濾高頻開關電流。R5*C7的時間常數通常會選擇在接近1個開關週期。如果偵測到1個「前切型」或「後切型」的調光器，iW3614將會工作在主動放電狀態來恢復調光相位。放電線路具有兩個功能：一、保持TRIAC在開通狀態；二、將輸入電容放電。不像一般傳統的放電線路，iW3614的斬波控制可回復放電能量而不是消耗能量。斬波電感值(L3)將由斬波電流需要決定，減小L3值，將增加斬波功率，從而增加功率因數(PF)，同時增加放電電流。這有利於提升過高輸入電容設計對調光器的兼容性。然而增加斬波電流將會提高雜訊，減少EMI的安全設計範圍。一般來說，L3在110Vac時會選擇在1mH，在 220Vac時選擇在4mH。
被動放電模式也用在後切型調關器中做快速的放電。Source電阻R6決定放電電流大小，假設斬波MOSFET的gate驅動電壓是12V，gate threshold在線性模式是5V，需要放電電流是150mA，Source電阻R6 =(12V-5V)/150mA = 47ohm。chopping電阻R5的目的是在放電工作時和斬波電晶體分擔熱能，此熱能考驗會考慮最差情況，通常為內建電容值超過220 nF的後切型調光器。一般來說，除正常耗值外，0.2~0.5W的額外耗損需被考慮。為保證安全操作，iW3614還通過Vt pin提供過熱保護。加1個NTC電阻來偵測溫度，如果溫度超過預設範圍，Vt pin電壓變低，而輸出隨即降低直到關機。
飛返線路
此線路會根據調光相位來節制LED的電流，當LED電流超過25%時，採用振幅調光方法；當LED電流低於25%時，採用PWM調光方法。完整的調光曲線如圖3。
iWatt專利的一次側回饋技術可使輸出電流被精確的調節。輸出電流決定於變壓器主要側及二次側的繞線圈數比Nps，主要電流偵測電阻(R13) Iout=0.7V*Nps/(2*R13)。圈數比Nps的值考慮元件的應力，包括一次側晶體Q3上的電壓，二次側D6整流器上的電壓及電流。然後通過電流偵測電阻R13決定LED電流Iout。
輸出電壓是由LED的數目來決定，1顆LED的順向電壓是3.3~3.8V。一旦此電壓被選定，Vsense電阻R15及R16就可以根據設定Vsense Pin在1.4V (即nominal operating voltage)被選定。如果定義二次側對輔助繞組圈數比為Nsa，電阻比值R15/R16=Vout/1.4V Nsa-1。
起動
iW3614經由最前面的4個半AC週期來主導調光器偵測。此最初的幾個週期被稱作「架構期」(configuration stage) 。在架構期間，IC第1支腳(PIN 1) OUTPUT_TR的斬波信號全開(fully on)，斬波線路通常給調光器提供負載電流150mA。在此過程中，iW3614會決定初始調光器的種類、輸入的週期和相位切點。iW3614可以允許調光器種類在稍後正常工作時做變更。市面上許多調光器無法在起始的4個半AC週期內穩定輸出，為了達到和這些調光器相容，iW3614可以在第1個架構期的25週期後再啟動第2個架構期，以便確認輸入週期和調光器種類。為了確保調光器有足夠時間決定，並降低輸出電流過衝(over shoot)，iW3614內建緩啟動電路提供給飛返線路及斬波線路工作。圖4提供緩啟動的詳細操作波形。
iW3614是1個高品質的可調光LED驅動控制器。它使用最先進的數位控制技術通過偵測調光器種類及相位來控制LED亮度。LED電流的調節綜合了幅度及PWM調光技術。iW3614的獨特2階段式控制技術結合恆定輸出電流調節及自動調光器偵測，避免光線的閃動。
此設計短文在於提供使用iW3614於LED光源設計的所需考慮事項，更多的設計及應用可在iWatt的官網(www.iwatt.com)尋找。(本文由艾爾瓦特提供)
