二款新型实用的LED驱动电路1

1、二款新型实用的LED驱动电路的设计赵军亚2010.06.06 摘 要 ：我的发言主要是向大家介绍两种小功率的LED驱动电路的设计与计算方法。在设计电路中采用了两款型号为 RM3252、RM6203的恒流恒压集成控制电路，由它们构成的LED灯驱动电路简单、体积小、性价比高、寿命长、价格低廉、非常适用于小功率LED灯。关键词：LED 驱动电路 设计 计算 RM3252 RM6203 低成本 LED驱动电路的基本功能主要有两个方面，一是保留恒流特性，特别是在供电电源出现大范围变动时，仍然应该保持输出电流在较窄的范围内变化。二是驱动电路要有较低的功耗，这样才能使得LED的系统效率保持在较高水平。 分别

2、采用型号为RM3252、RM6203集成控制电路设计成分别具有5W、10W的驱动电路。均达到了LED驱动电路的基本功能。设计5W的LED驱动电路(17V,320mA3.3V,1.6A) 一、应用电路U1RM325XNC1GND2Sense3NC4Vout5VDD6L11mH4.7uF_6.3VC61.8MR32R2R81uFC710RR17.5MR5270RR101.5KR61.8MR2200KR4-+D2BR12134+47uF_400VC21nF_1KVC3FR107D1U2123456D4SB330+470uF_6.3VC4+NLIN4148D3+5V_1A15RR9221_1KVC5+

3、47uF_400VC113003A312AC 85V264V2R2R7二 、元件表符号 参数符号. 参数 C1、 C24.7uF_400V_EC2 R110ohm1 C3 1nF_1KV1 R2、R3 1.8M2 C4470uF_6.3V_EC1 R4200kohm1 C5221_1KV1 R57.5M1 C64.7uF_6.3V1 R61.5K1 C71uF_6.3V1R7、R82.2ohm2 D1FR1071R915ohm1 D2IN40071 R10270ohm1 D3IN41481 U1RM32521 D4SB3301 U2Transformer1 L11mH1 三、外围元器件参数计算

4、1、变压器计算(U2)：1)原次侧(原边/初级/高压绕组)变压器线圈匝数的计算： (式:1-1);公式中： 取值为0.3-0.35T； A为铁芯的实际截面面积，单位为平方米, D为最大占空比，建议值取0.55； F为工作频率，建议值取45Khz；2)二次侧线圈匝数的计算： (式:1-2); 为二极管的正向导通压降，取值为0.7V。FABDVNMINACp)(22DDVVVNNMINACFOUTPS12/2)()(FVB3) 原边反馈线圈匝数的计算： (式:1-3); 为IC的正常工作电压，这里取21.5V。 4)电感的计算： 为变压器原边高压绕组的电感，他作为变压器设计参数之一，对应用电路的工

5、作起到很重要的作用，他的大小决定着整个电路的工作性能。 (式:1-4);而; (式:1-5);这里： 为IC启动时最小的输入电压；这里我们取90V； 为最大占空比，我们取0.55； 为C2电容充放电率，我们取0.2；下图为电容充放电波形图：FOUTFCCSVCCVVVVNN)(CCVML;22RFINMAXMINDCMKFPDLVLDCchINMINACMINDCFCDPVV)1 ()(22VMINACMAXDchD 为输入电压的频率， =60Hz; =50Hz; 在选择磁芯时要考虑其此饱和问题，作为饱和的可能性，可以考虑以下几种情况：1）超过最大使用温度进行使用时（最大温度为105）；2）低

6、于最初预定的频率时；3）输入电压比规定值异常高出时；2、输入端滤波电容的选择（C1、C2）： 对此电容在输出端启动滤波作用，他与电感L1构成 型滤波器，但是考虑到电路的启动时间，所以他的值不能太大，一般根据输入功率的大小来决定其值，按照每瓦特1-2uF的规则。 (式:2-1);这里 为变压器的输出功率； 1.2为设计变压器时考虑的功率余量； 为电源的输入功率； 为工作效率，取值为0.7； 取值范围为1-2；LF;110VVMINACLF;110VVMINACLF)(uFPPCOUTINOUTP2 . 1OUTOUTOUTIVPINP所以： 所以在这里我们选择容量为10uF的电容做为滤波电容，但

7、是电容还要考虑其耐压值，所以在选择耐压值时，最小要选择大于最大输入电压的 倍，所以就有： ；所以我们推荐选用两颗容量为4.7uF，耐压值为400V的电容作为滤波电容； 3、启动电阻的计算(R2、R3)：因为RM3252的启动电流为15uA-25uA,所以我们可以根据下面的公式来计算出我们所要选择的启动电阻值的范围： (式:3-1); 为IC内部电阻，取值为； ;启动电阻建议选用 . 4、启动电容的计算（C7）：RM3252 VCC PIN 经启动电阻 和内部的一颗阻值为3.4M的电阻 连接到地，启动时间与输入电压的大小有关。一般启动时间 的值选择在200mS- 800mS之间，输入电压越小启动

8、时间就越长。根据下面的公式我们便可推导出启动电容的计算公式：uFCMIN5 . 817 . 02 . 115)(uFCMAX1727 . 02 . 115)(2VVC37522650)(2RIURSATMINACSAT0RM4 . 3M6 . 3satRARsatT 由 ； ; ; ；由上式可以推导出： ； ； (式:4-1);在这里 =2 , ;所以就有：建议选用1uF或者2.2uF的陶瓷电容作为启动电容。satsatITVCQSATCRASATRRR/satTSATSATSATVIVTICAsatDCRRVIsatRMACDCVV2uFVRRVCSATMINASATMINACMINSAT3

9、2. 0122 . 010)6 . 32 . 3(90226)()()(uFVRRVCSATMAXASATMAXACMAXSAT7 . 3128 . 010)6 . 32 . 3(264226)()()(5、RCD缓冲回路的计算：因为： ;所以说的大小与开关管的选择有关：在这里： 为13003集电极电流下降时间，13003的规格书中规定为0.8uS； 为13003的额定值，在这里我们取400V；所以: ; (式:5-1);因为： ； (式:5-2);由此我们可以推导出： (式:5-3);在这里: 我们定义 为2.5倍的 ； 为变压器电感； 为流过13003的最大电流，可以通过下面的公式计算得出

10、： ; ; (式:5-4、5-5); 计算后选用200K电阻1n电容CEOfPSNVtIC7 . 02ftCEOVnFCSN14007 . 02108 . 0684. 06ROSNPEAKCELKSNSNSNVVLFRVPI222)(2IPEAKCELKROSNSNSNLFVVVRSNVROVLKLIPEAKCE2IIEDCPEAKCEIFLDIMMAXMINDCV 对 的选择我们要考虑其承受的电流和耐电压值，其反向击穿电压值一定要大于 流过的电流要大于 流过开关管的最大峰值电流，即684mA。因此我们选用FR107，他的反向击穿电压为1000V， 为1A. 6、限流电阻的选择（R7、R8）：

11、因为： 所以： ; (式式:6-1); ; (式式:6-2); 在这里在这里建议选用两颗建议选用两颗 的电阻并联的电阻并联。 SDVDDMAXMAXMAXROV687122655 . 15 . 1FI2 . 1OUTOUTOUTIVP;212RFPMOUTINKFILPPRFMOUTOUTPKFLIVI2 . 12PSENSEIVR 2 . 27、开关管的选择、开关管的选择： 从上面的计算可以看出，变压器原边与开关管连接处的电压在最大时可达从上面的计算可以看出，变压器原边与开关管连接处的电压在最大时可达687V左右，且原边流过的电流为左右，且原边流过的电流为460mA.故故 再选择开关管时一定

12、要选择再选择开关管时一定要选择 的的13003作为功率开关管。作为功率开关管。 mAIVVDCBO500,7008、D4的选择： 对于D4，我们选择时要考虑两参数，一是 ,即反向击穿电压，另一参数是 ,导通时流过的最大电流。这两个参数计算较为复杂，下面是计算方法：如上图所示，我们先要确定 , (式:8-1 ); (式:8-2); RRMVFIROV;1VMINDCMAXMAXRODDVLDCchINMAXACMAXDCFCDPVV)1 ()(22ROFOMAXDCODVVVVVV (式:8-3); (式:8-4); 下面我们来计算 ；下图为RM3252驱动13003的电流波形图我们下来看看各种

13、电流的计算方法：DRRMVV3 . 1FI ; (式:8-5); ; (式:8-6); ; (式:8-8); ; (式：8-8) ; (式:8-10); 所建议选用SB330,他的 =30V， =3A.MAXMINDCOUTMAXMINDCINEDCDPDPIVVFLDIMMAXMINDCV32322MAXEDCRMSCEDIIIFOROMAXMAXRMSCECVVVDDII1DFII5 . 1RRMVFI设计10W的LED驱动电路(33V,320mA3.3V,3.2A)四、应用电路 C5680pFC6100nFR61K-+D2BR12134U2L18674+C247uF_400VD3IN41

14、48R230K_5%C31nF_1KVD1 FR107R42KU3Transform123456D4SB330+C7470uF_16VL24.7uH_3A+C8470uF_16VTL431+5V_2AR11M33mH85V-265V+R710KIR810KR52KNLC91042A/250V/ACF1R30.75_1%C101nFU1PR6203OB1OC8OC7VCC2GND3CT4FB5IS6PC817C3241+C447uF_16V五、外围元器件参数计算：1、输入端滤波电容C2的选择： 对此电容我们认识到他起的是滤波的作用，但是考虑到电路的启动时间，所以他的值不能太大，一般根据输入功率的

15、大小来决定其值，按照每瓦特1-2uF的规则，所以)(12uFPPCOUTIN这里 OUTP为变压器的输出功率，2 . 1OUTOUTOUTIVP1.2为设计变压器时考虑的功率余量。 INP为电源的输入功率；所以在这里我们选择容量为22uF的电容做为滤波电容，为工作效率，取值为0.7，uFCMIN1717 . 02 . 125)(2uFCMAX3427 . 02 . 125)(2所以： 2VVC37522652但是电容还要考虑其耐压值，所以在选择耐压值时，最小要选择大于最大输入电压的倍，所以就有：2VVC37522652但是电容还要考虑其耐压值，所以在选择耐压值时，最小要选择大于最大输入电压的倍

16、，所以就有：2、决定工作频率的电容C5的计算：在计算C4之前我们先要确定工作频率的范围：因为： OUTINPP；RFPMINKFILP221 这里：RFK为纹波系数，取值根据IC的工作模式而定， CCM下，RFK范围为0.6-0.8； PI为流过IC的最大工作峰值电流，这里我们定义为0.65A;于是我们可以推导出：RFPMOUTRFPMINKILPKILPF2222;所以就有： KhzF677 . 06 . 065. 01022 . 125223因为： )(24000 SCTTTF1; 所以： ;62024000106713)(5PFCMINPFCMAX104024000401)(5建议选用6

17、80PF的电容，工作频率67Khz3 变压器初级电感的计算（ML ）：ML为变压器初级高压绕组的电感，他作为变压器设计参数之一，在变压器设计阶段就已经知道，一般都是毫亨级，他也可以通过下面的公式计算出来：;22RFINMAXMINDCMKFPDLV而LDCchINMINACMINDCFCDPVV)1 ()(22 VMINACMAXDchD这里：为IC启动时最小的输入电压，这里我90V；为最大占空比，我们取0.55为C2电容充放电率，我们取0.2； 下图为电容充放电波形图：LF为输入电压的频率 ;110VVMINACLF;110VVMINAC=50Hz;=60Hz; LFVVMINDC807 .

18、 0601022)2 . 01 (2 . 12590262 所以： mHLM2 . 26 . 02 . 12522400010680)55. 080(122我们在这里取值为2mH4、发射级起过载和短路保护作用的R3的计算：因为：因为： 2 . 1OUTOUTOUTIVP;212RFPMOUTINKFILPP所以：所以： RFMOUTOUTPKFLIVI2 . 12所以：所以： mAIP6846 . 010611027 . 02 . 125233因为因为 ;PISIVR R为IS pin 接地电阻的阻值，是由IC内部5欧姆的电阻与外置电阻并联所得，ISV 是IC内部比较器决定的，最大为0.6V。

19、 所以： 88. 0684. 06 . 0R又因为： 3535RRR所以： 在这里我们选择0.75欧姆；188. 0588. 05553RRR注意在这里PI不能超过800mA,因为开关峰值电流为800mA.5、启动电阻R1的计算 RM6203的启动电流为静态电流的0.1倍， 而静态电流的 最小值为50uA,所以RM6203 的启动电流的最小值就为5uA, 所以就有： RsatVsatVIsatDIODEDROPMINDCV)(3Vsat为RM6203的启动电压，取值为8.8V。所以： MIVsatVRsatDIODEDROPMINDCV8 .161058 . 87 . 0395316)(推荐使

20、用2M电阻作为IC的启动电阻。6、反馈响应电容C6的计算：因为：因为： 2 . 1OUTOUTOUTIVP;212RFPMOUTINKFILPP由实际IS PIN接地电阻1R可以计算出IP的值，即： 欧姆内置电阻，等于为5;33;00022ICRRRRRRRVIISP又因为又因为 ;1FT 所以：所以： OUTRFPMRFPMOUTPKILTKILPF2;222所以：所以： 55. 0);1 (argMAXoffingchDDTtt又因为：又因为： 01. 0,30;arg为常数，等于内部电阻，等于为KICRCRtFBFBingch所以所以: RPKLRDTRtCOUTRFPMingchI2)

21、1 (2arg所以：所以： nFC55103001.02 .12527 .06 .0684.01026323建议使用小于或等于100nF的陶瓷电容即可， 此电容选择过 大会影响系统的动态响应。 7、Vcc PIN输入电容的计算（C4）：C4作为RM6203输入脚的滤波电容，同时也起着稳压的作用. 输入脚的电压变化越小， IC的工作状态就越稳定， 所以我们 在这里定义输入电压的变化量为输入电压的 1%，因为 RM6203 在启动以后主要靠C4来提供电流，且所需电流最 大为120mA 根据下面公式可以算出 C4的最小值： echCTIVCarg4而 所以：因为RM6203的OVP点为10.5V，所

22、以C4的耐压值要选择大于10.5V，一般耐压值选择为16V，这里建议选用47uF_16V的电解电容作为C4滤波电容。8、RCD缓冲回路的计算：; FDDTTecharg;120mAICuFFVDICC121061901.055.012.043 的大小与RM6203内部集成的13003的参数有一定的关系，下面的公式可以说明： 在这里：为13003集电极电流下降时间，13003的规格书中规定为0.8uS, 为13003的额定值，在这里我们取400V.所以: 因为：由此我们可以推导出在这里: 我们定义为2.5倍的，SNCCEOfPSNVtIC7 . 02CEOVftnFCSN14007 . 0210

23、8 . 0684. 06ROSNSNPEAKCELKSNSNSNVVVLFRVPI225 . 02)(2IPEAKCELKROSNSNSNLFVVVR 为变压器电感，值为1.5mH, 为流过13003的最大电流，可以通过下面的公式计算得出：所以：对 的选择我们要考虑其承受的电流和耐电压值，其反向击穿电压值一定要大于 LKLIPEAKCEmAIIEDCPEAKCEI535. 0235. 03 . 02KRVVVMAXROMAXROMAXROSN41535. 090)2652(5 . 7535. 0105 . 11060)5 . 2(5 . 22222332(max)KRVVVMINROMINRO

24、MINROSN6535. 0901285 . 7535. 01021061)5 . 2(5 . 2222233(min)SDVDDMAXMAXMAXROV687122655 . 15 . 1流过的电流要大于流过开关管的最大峰值电流，即684mA。因此我们选用FR107，他的反向击穿电压为1000V，为1A.9、D4的选择：对于D4，我们选择时要考虑两参数，一是 即反向击穿电压，另一参数是 ,导通时流过的最大电流。这两个参数计算较为复杂，下面是计算方法：如上图所示，我们先要确定,RRMVFIVDDVVMINDCMAXMAXRO1169555. 0155. 01VFCDPVVLDCchINMAXA

25、CMAXDC3587 . 0501022) 2 . 01 (2 . 1252652)1 ()(2622VVVVVVROFOMAXDCODV6 .22116)7 . 05(3585所以 下面我们来计算；下图为RM6203驱动内部13003的电流波形图：VVVDRRM4 .296 .223 . 13 . 1 我们下来看看各种电流的计算方法：mADPDPIMAXMINDCOUTMAXMINDCINEDCVV30055. 01057 . 02 . 125mAFLDIMMAXMINDCV470106110255. 010533 所以我们要选择 29V， 1.5A的二极管，建议选用SB330,他的 =30

26、V， =3A.10、输出型滤波电容C7、C8的计算：C7、C8作为输出端的滤波电容，与电感L2构成了型滤波器，对电路分析可以知道，电容C7点的纹波电压比C8点的纹波电压要大很多，而流过C8的电流却要比C7点的电流要大，为了更好的实现型滤波器的作用，我们建议C7、C8选用相同容量的电容来做为滤波电容，具体的计算公式如下： mADIIMAXEDCRMSCEI240355. 0247. 03 . 033232222AVVVDDIFOROMAXMAXRMSCECI17 . 0512855. 055. 0124. 01AIIDF5 . 115 . 15 . 1RRMVFIRRMVFI 我们定义近似等于过

27、流保护电流，一般取值为最大工作电流的1.5-2倍 所以所以： rippleMAXOUTVFIC825. 0)(;100mVVripple)(MAXOUTIAIMAXOUT422)(uFCC201 . 01061825. 04873mIVRoutrippleESR5021 . 0AIIoutripple2 . 143 . 03 . 0(max)为了得到更小的输出纹波电压，我们选择的电容必须满足ESR要小于50毫欧，容量大于20uF， 要选择大于1.2A的电容作为输出电容。在此我们推荐使用日系电容，因为国产电容的ESR值较大，满足不了对输出纹波的要求，也可以选用2-3颗电容以并联的方式来减小输出电

28、容的ESR，从而减小纹波电压，当然选择输出电容的容量越大，输出电压随输出电流的增大变化率就越小，输出电压就越稳定。在这里推荐选用470uF，单颗纹波电流大于0.6A，ESR值小于100毫欧的电解电容2颗作为输出端的滤波电容。下面为计算公式的推导： rippleI上图为输出电感、电流和输出电压的波形图，由图可知：在这里， 的最大值为输出电流的最大值0.25倍。故：所以就有： 11、输出电感L2的计算：计算公式如下所示：CFICTITICdtiCVLSLSLttcripple88)2221(1121LICFIVMAXOUTripple825. 0)(rippleMAXOUTVFIC825. 0)(这里的C是由C7、C8并联得到的。 指没有经过滤波器时的输出电压。 指经过输出滤波器的输出电压。在这里我们定义 ： / =0.8所以：但是考虑到动态响应问题，我们一般选择电感感量较小，但是自身承受纹波电流较大的电感作为输出电感。在这里我们建议选用4.7uH,磁