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  LED照明產(chǎn)品標準迭代升級，以及使用者對照明光質量的追求，是制造廠商創(chuàng)新產(chǎn)品方案的動力。英飛凌廣泛的LED照明產(chǎn)品組合，一直以來是國際國內(nèi)照明制造廠商青睞的選擇。

  ICL88xx家族系列為新一代LED通用照明而設計研發(fā)，創(chuàng)新的混合信號控制技術，使得產(chǎn)品具有超高性價比。ICL88xx適用于反激AC-DC控制拓撲?；贗CL88xx設計的系統(tǒng)在提供高質量光輸出同時，具有高功率因素，低諧波失真，低EMI，高效率等性能。ICL8800具有家族系列全部基本功能，ICL8810及ICL8820在ICL8800基礎上增加額外功能，包括支持智能照明的低待機功耗，支持更好EMI性能的頻率抖動功能。

  英飛凌AC-DC LED 驅動控制芯片，分為兩大類別：數(shù)字控制器XDPL系列,針對高性能需求設計;混合信號控制器ICL系列，針對更高性價比需求場合。

  跟市場上其他方案相比，ICL88xx具明顯優(yōu)勢：滿足最新IEC61000-3-2諧波要求及歐盟ERP2019年后的新標準要求;動態(tài)響應快;滿足智能照明要求的低功耗;支持應急照明設計;支持小型化高功率密度設計。

  ICL88xx全系列高度集成AC-DC LED驅動ICs，支持功率可達150W，非常適合中小功率LED驅動電源設計，以及其他需要高PF或低待機功耗的應用領域。

  CL88xx功能描述

  ICL88xx系統(tǒng)概述

  ICL88xx組成的典型LED照明系統(tǒng)框圖如圖1所示，ICL88xx控制的反激輸出恒壓給后級，圖示兩級方案不但減小了輸出紋波，提高了光輸出的質量，而且降低了單級系統(tǒng)對設計余量的要求，大幅提高了整個系統(tǒng)的性能?；谶@種拓撲架構可以設計從簡單入門級的LED驅動器到復雜的智能LED驅動器，靈活性和可擴展性非常高。

  圖1 ICL88xx組成典型兩級LED驅動器系統(tǒng)

  ICL88xx可以實現(xiàn)副邊反饋控制或者原邊反饋控制，根據(jù)項目的需求可自主選擇。原邊控制的優(yōu)點在于不需要光耦，BOM成本相對節(jié)省;副邊控制比原邊控制具有更多優(yōu)點：變壓器設計更容易更簡單，直接測量輸出電壓，不需要泄放電路，降低了過電壓的風險，同時也節(jié)省了成本;副邊控制可以和線性恒流控制器配合使用，減少DC-DC級的壓降，提升了效率;副邊控制在極輕載比如深度調光時仍能保持輸出恒定，同時保持高效率。對于深度調光的LED驅動器設計，副邊控制是最適合的。典型副邊控制ICL88xx系統(tǒng)如圖2所示。

  圖2 典型ICL88xx副邊恒壓系統(tǒng)

  ICL88xx集成創(chuàng)新混合信號控制技術，采用DSO-8封裝。家族系列一共有三款產(chǎn)品，ICL8800基本款具有優(yōu)異的PFC和THD性能，完善的功能及相關保護;ICL8810在ICL8800的基礎上增加了間歇模式，以支持智能照明低功耗需求;ICL8820在ICL8810的基礎上集成了了頻率抖動功能，在直流輸入模式下有更優(yōu)異的EMI性能。全系列支持以下功能：

  ◆反激恒壓輸出;

  ◆副邊反饋控制或原邊控制;

  ◆全電壓輸入(90Vac to 300Vac,45Hz to 66Hz)和直流輸入;

  ◆可調節(jié)最大導通時間，低壓輸入限功率以保證安全;

  ◆開機軟起動;

  ◆間歇工作模式;

  ◆頻率抖動功能

  ◆此外，全系列集成過電壓，過電流，過溫度保護，及輸入過壓欠壓檢測保護，開環(huán)保護。

  ◆工作模式

  ◆ICL88xx電壓模式工作有利于功率因數(shù)校正，基于工作條件比如輸入電壓輸入頻率負載狀況等自動選擇最優(yōu)的工作模式。支持的工作模式有：

  ◆準諧振模式

  這種模式通過控制導通時間讓開關在谷底開通，最小化開關損耗，以最大化系統(tǒng)效率

  圖3 第一個谷底開關波形

  ◆間歇模式

  這種模式提高了系統(tǒng)在輕載時的效率，擴展了寬電壓輸入的功率范圍，滿足低待機功耗要求。

  在高功率時，控制器工作在準諧振模式，功率降低時導通時間減少;功率降到一定程度時，控制器增加谷底數(shù)，避免頻率過高;谷底數(shù)改變時，導通時間會同步優(yōu)化使得功率相對恒定。

  為了輸出最小的功率，ICL8810和ICL8820會進入間歇模式，間歇頻率是交流輸入頻率的四倍。

  圖4 開關特性VS相對功率(ICL8810/ICL8820)

  反饋環(huán)

  脈沖的產(chǎn)生基于從VS引腳引出的電流。這種方法具有更好的抗噪性。在包括突發(fā)模式在內(nèi)的整個脈沖寬度范圍內(nèi)，VS電流從200μA指數(shù)映射到600μA。在20μs到1μs的范圍內(nèi)，映射相對良好，每50μA光電流的脈沖持續(xù)時間減少一半。

  圖5 導通時間與vs引腳電流的映射

  為確保反饋回路正常運行，需要從VS引腳接一個12 k?接地。該引腳的最小電流(通過光耦的電流加上12 k ? 電阻的電流)導致最大功率傳輸，VS引腳輸出的最大電流導致最小功率工作點。為了獲得最佳的THD和PF結果，建議使用幾Hz的交叉頻率。

  圖6 VS引腳電路

  功率因數(shù)校正和THD校正

  柵極驅動GD通過導通時間控制在電壓模式下驅動功率MOSFET。通過外部反饋回路抑制輸出紋波，可在交流半正弦波期間獲得準恒定的導通時間。這已經(jīng)確保了基本的高功率因數(shù)和低THD性能。

  此外，ZCD引腳用于THD校正功能，根據(jù)檢測到的IZCD電流擴展驅動信號的脈沖寬度。這優(yōu)化了輸入電流波形，尤其是在接近交流電壓過零的區(qū)域。原理如圖7所示。

  圖7 THD校正原理

  設計案例

  以下為設計案例的部分信息結果(基于運放反饋)

  副邊控制案例

  由于一次側功率擴展以及二次側功能擴展更加方便，兩級拓撲越來越流行。高光質、深度調光，以及帶有傳感器和MCU的更復雜系統(tǒng)，需要通過二次側調節(jié)(SSR)拓撲實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出電壓(CV)。閃爍和總諧波失真(THD)以及諧波的更嚴格標準也更有利于SSR拓撲。SSR配置中使用的控制器適用于開/關LED驅動器，是深度調光至0.1%和調滅的最佳解決方案。

  本案例是基于SSR控制的43W設計。主要設計規(guī)格如下：

  ◆輸入電壓：90 to 305Vac;

  ◆輸出電壓: 54Vdc

  ◆輸出電流： 0-800mA

  ◆最低效率 (滿載)： 91%

  ◆最小工作頻率(滿載)：52kHz

  ◆諧波：EN61000-3-2

  ◆EMI：EN55015

  電路板實物及PCB布局如下圖8所示：

  圖8 43W SSR 電路板

  輸出電壓調整率如下圖9：

  圖9 電壓調整率

  效率曲線如圖10:

  圖10 效率曲線

  空載待機功耗如圖11：

  圖11 待機功耗

  THD如圖12：

  圖12 THD曲線

  PF測量結果如圖13：

  圖13 PF曲線

  其他測試結果請參考相關文檔，比如諧波，EMI，Jitter, Burst mode及相關保護功能等。

  原邊控制案例

  如果只需要調光到5%到10%，并且可以接受更大的輸出電壓公差(3%到5%)，那么就有可能采用PSR設計，與SSR解決方案相比，系統(tǒng)成本更低，省去了光耦，電壓基準和誤差放大器。ICL88xx系列可用于SSR系統(tǒng)以及PSR拓撲中的所有功能。

  ◆本案例為基于PSR控制模式設計的42W參考設計。主要規(guī)格如下：

    ◆輸入電壓 100-264Vrms

  ◆輸出電壓設定 Vout,setpoint 54V

  ◆輸出電流 Iout 0-750mA

  ◆最大效率(Pout,max)91%

  ◆目標最小頻率(Pout,max) 52kHz

    圖14為設計電路板：

  圖14 PSR設計案例電路板

  圖15是輸出電壓調整率

  圖15 輸出電壓與負載

  效率曲線如圖16所示

  圖16 參考設計效率

  PF和THD分別如圖17和圖18所示

  圖17 PF曲線

圖18 THD曲線

  小型化設計案例

  小型化，高功率密度是電源產(chǎn)品設計的趨勢之一。提高工作頻率有利于縮小變壓器和被動器件的體積。使用ICL88xx有兩種小型化設計的方式。

  ICL88xx SSR模式結合DC-DC 降壓變換器，使用電壓差值控制，可以顯著提高系統(tǒng)效率，降低后級Buck級溫度，并降低buck電感等組件的尺寸及成本，從而減少系統(tǒng)的尺寸和成本。系統(tǒng)簡圖如圖18所示，具體信息請參閱：《ILD8150E 高效率參考設計報告》。

  圖19 ICL88xx+ILD8150高效率方案示意圖

  使用ICL88xx做小型化方案還可以直接用高頻工作模式，ICL88xx可以工作在250kHz以上，搭配市面上開關速度最快的CoolMOS，或者搭配氮化鎵器件，可以使整個系統(tǒng)的體積大幅度減少。

  設計工具

  英飛凌提供基于ICL88xx的開發(fā)設計工具，方便設計者使用。點擊此處即可下載圖19所示界面的開發(fā)工具。

  圖20 ICL88xx設計工具

  本文描述了英飛凌LEDAC-DC控制器ICL88xx總結，并配合設計案例測試結果。ICL88xx特別適合LED驅動器電源系統(tǒng)AC/DC一級，高PF，低THD，高效率，支持0.5%以內(nèi)的調光，低待機功耗，微型化設計。它可以滿足大多數(shù)智能照明對控制芯片的需求。