基于LNK306P的LED驱动器设计

　　摘要：本文分析并设计一种采用PI公司LinkSwitch-TN系列LNK306P的LED驱动器，同时介绍LinkSwitch-TN系列的内部结构及工作原理，给出该驱动器的主电路和外围电路的设计方案及LED工作输出波形。

　　关键词：LED; LNK306P;驱动器

　　近年来，LED照明作为一种新型的光源逐步引起世人的注意。因为它具有寿命长、启动时间短及节能等特点。驱动LED需要受控的直流电流。为了使LED的使用寿命长些，LED电流中的纹波必须很低，因为高纹波电流会使LED产生较大的阻性功耗，降低LED使用寿命。LED驱动电路需要更高效率，因为总体效率不仅取决于LED，还与驱动电路有关，因此，作为LED光源的驱动器在很大程度上限制了LED的使用范围和使用寿命。而采用工作于电流控制模式的开关转换器是满足LED应用的、具有高功率及高效率要求的理想驱动选择。

　　本文介绍一种基于PI公司的LinkSwitch-TN系列单片开关电源的LED驱动器。这个系列为四端非隔离式、节能型单片开关电源专用IC，不仅能去掉笨重的电源变压器，还克服了阻容降压式线性电源负载特性差的缺陷。它包含了LNK304P/G、LNK305P/G、LNK306P/G，共6种型号，最大输出电流为360mA， 是一款非常合适的小功率LED驱动器。

　　LinkSwitch-TN系列特点

　　LinkSwitch-TN在一个器件上集成了一个700V功率MOSFET、振荡器、简单开/关控制器、高压开关电流源、频率调制、周期限流电路以及温度保护电路。器件的启动及工作期间的功率消耗直接由DRAIN引脚(即MOSFET的漏极)电压提供。因此在降压及反激式转换器中可节省偏置供电的相关电路。如有必要，IC的自供电操作允许使用没有安规要求的光耦器作为电平转换，以改善降压和降压-升压输入电压调整率及负载调整率。

　　LinkSwitch-TN系列作为LED驱动控制器还具有下列优点：全球范围输入电压(85VAC-264VAC)—同样产品可在世界各地区使用;高效率—12V输出条件下整体负载效率大于75%;轻负载条件下的高效率—即使是在轻载状态下，开/关控制能够保持较高的效率;节能性—空载下输入功率小于100mW;适合SMD生产;良好的抗机械冲击性;在LNK304-306器件中完全集成的自动重启电路在短路、开环的故障情况下，安全地限制了输出功率，减少了元器件的数目，降低了在系统级用于负载保护电路的成本。

　　LinkSwitch-TN系列LNK304-306的内部结构如图1所示。

图1  LNK304-306的内部结构图

　　基于LNK306P的LED驱动设计

　　笔者设计的是一款恒流输出的LED驱动器，使用市电(交流220V)输入，整机功率为3W，LED输出电流为300mA，采用单颗白光LED，LED前向压降约为3V。电路如图2所示。

图2  基于LNK304-306的LED驱动器原理图

　　LNK306P LED驱动输入级

　　基于LNK306P的LED驱动器输入级由保险电阻RF、二极管D₁和D₂、电容C₁和C₂以及电感L1组成。电阻RF为阻燃可熔的绕线电阻，它具备多个功能：将整流管D₁和D₂的浪涌电流限制在安全的范围;差模噪声的衰减;在其它任何元件出现短路故障时，充当输入保险丝的功能。D₁和D₂选用耐压值较高的1N4007来进行整流。电容C₁和C₂以及电感L1组成Π形滤波器以满足EMI方面的要求。对于滤波器可以根据产品是否对此有需求来进行设计，这里L1选用的是“鼓”型磁芯电感，在满足条件的情况下，相对于笨重的“E”型电感，既节约成本又减小了体积。

　　LNK306P LED驱动输出级

　　功率输出级由LNK306P等相关元器件构成，工作于恒电流输出，以便使LED工作在稳定状态。电路利用LinkSwitch-TN温度稳定的反馈(FB)引脚作为参考来提供精确的输出电流，因此电路具有良好的容差性。为了得到持续的电流输出，通过采样电阻RSENSE和电容CSENSE将平均输出电流转化为电压量，再通过R_FB和R_BIAS将其反馈到LNK306P的反馈引脚。因为LNK306P的反馈引脚的输入电压范围是1.54V~1.76V，设计中先设定R_SENSE和电容C_SENSE 上的压降约是2V，选择R_BIAS和R_FB组成的电阻分压器中的电阻阻值，使得FB引脚的电压维持在1.7V。R_BIAS使用2KW的精度为1%的标准电阻。这样可以确保偏置反馈中的电流约为0.85mA，防止其它噪声信号对反馈造成干扰。从而可以定出R_BIAS和R_FB的值，这里分别取2KW和300W。根据LED上的电流为300mA，R_SENSE上的压降是2V，则有：

　　R_SENSE取值是7W。

　　并联电容C_SENSE主要用于R_SENSE上的滤波，这里C_SENSE要取得足够大，以便滤除R_SENSE上的纹波电压，尤其是工作在极度非连续工作方式(MDCM)下。为了满足这一要求，通常电阻R_SENSE和电容C_SENSE并联时间常数要大于LNK306P开关频率时间的20倍，若取芯片的开关频率(典型值)是66kHz，C_SENSE的取值则如下式所示：

　　这里取47mF，耐压值取50V。

　　电路中还有两个可选择的部件：

　　一是输出电容C₀是可选元件，主要功能是对电感上的电流进行平滑滤波，可以减少LED上的电流毛刺。

　　二是D_FB和V_RFB组成的电压控制环，主要功能在于，如果出现负载断线(LED从驱动器上脱落)，可以防止过大的输出电压损坏电路器件。如果使用电压控制环的话，电容C₀也必须安装。当LED工作在恒定电流模式下，稳压管VRFB的取值要大于LED灯工作时前向电压的最大值，这里V_RFB稳压值取4V。

　　虽然上述两个部分是可选电路，但为了电路运行的稳定，建议不要省略该部分。电感L2可以选择满足设计要求的非定制的标准电感。建议使用“鼓”型或“I”型磁芯的电感，磁芯采用单一的铁氧体材料，因为这样可以降低成本，同时音频噪声也小。 L2的电感量取1mH，同时注意饱和电流的取值(要满足温升要求)。

　　LNK306P LED驱动器的测试结果

　　由于LNK306P LED驱动器可于大范围电压内工作，因此，这里的测试选择了两种常用电压值做为输入电压，一是110V，二是220V。测试结果如图3、图4所示，其中C₁是电流测试通道，C₂是电压测试通道，50ms/DIV。

图3 110V下LED电流及电压


图4 220V下LED电流及电压

　　从图中可以看出在两种电压下，LED的输出电流和输出电压基本上是没有变化的，LNK306P驱动器很好地实现了恒流输出，使得在不同的电网电压输入情况下，LED的输出基本不变。

　　结语

　　PI公司的LNK306P LED驱动器具有体积小、大范围电压输入、恒流源输出等特点，非常适合作为LED的驱动电源。本文只作了基本的电路设计，有待于进一步的完善。同时应该注意，在设计中，驱动器的性能和稳定性在很大程度也会受LED的功率和散热问题的影响，因此在将驱动器和LED组合成灯具时，要注意灯具的设计和散热器的选用。■

　　参考文献

　　1. Lnktn_Family_Datasheet [DB/OL]. http://chinese.powerint.com/PDFFiles/lnktn_family_datasheetCN.pdf

　　2. 刘桂花，王卫，张继红. LinkSwitch-TN芯片在电子镇流器中的应用[J]. 中国照明电器,2005,(10)