如何使用RT8487设计具有成本效益的8W降压LED驱动器
rt8487 是一款边界模式恒流控制器，内置高端驱动器，可用于降压和降压-升压配置，为（led）负载提供恒定输出电流。它包含用于实现高功率因数和低输入电流 thd 的特殊电路，同时最大限度地减少外部元件数量。小型 sot23-6 封装使应用占用空间小，并使 rt8487 成为离线 led 驱动器的高性价比解决方案。
本应用笔记详细介绍了如何使用 rt8487 设计具有成本效益的 8w 降压 led 驱动器。
一、简介
低成本离线 led 驱动器的重要要求是高效率、良好的功率因数和低 thdi 符合 iec61000 c 类、准确的 led 电流、快速启动和使用低成本标准组件的简单设计。以下采用浮动降压配置的 rt8487 的 8w led 驱动器设计可满足上述所有要求。
主要规格：
输入范围 230v +/-15%（经过一些改动，设计可以扩展到全范围输入）
led 串 27v ， i-led = 300ma +/- 5% ， p-out=8w 用于一般改造照明应用
thdi 《 20% 符合 iec61000 c 类
启动时间 《 300msec
全面保护：输出短路、led开路、过流、过温保护。
通过使用标准低成本组件的无变压器设计，重点关注低 bom 成本。
2. 应用电路
8w led 驱动器的整体应用如下图所示。
图1
rt8487 用于浮动控制器降压配置。完整的应用电路如图 1 所示。ic 控制高端 mosfet q1 的开启时间，并通过与降压电感串联的r s感测 led 平均电流，以实现真正的负载电流感测。通过感测零电感电流（也通过 r s）。通过从零电流检测点开始的可编程开启延迟（通过 r3）实现了在最小漏源电压下的高效谐振开关。智能算法控制开启时间以获得高输入功率因数和低 thdi。ic 偏置由简单的自举电路 d2 和 c2 提供，因此无需单独的辅助绕组。这使得使用简单的标准鼓形线圈而不是更昂贵的定制绕线变压器成为可能。低 ic 启动偏置电流允许使用高值启动电阻器 r1 和 r2，同时仍可实现快速启动（通常为 123 毫秒）。整个电路可以构建在尺寸为 18 x 36mm 的小型单面 pcb 上。
3. 关键组件的计算
以下部分说明了各种应用程序参数的设置。
设置平均输出电流
流经 led 灯串的平均输出电流由连接在 ic gnd 和 sense 端子之间的外部电阻器 r s设置。由于 r s与电感串联，因此可以通过该电阻准确检测 led 平均电流。输出电流、i out和 r s之间的关系如下所示：
在本应用中，led 电流定义为 300ma，因此
我们选择1ω//4.7ω得到0.824ω
启动电阻
启动电阻器 （r1+r2） 的选择应使在最小线路电压下流过这些电阻器的电流超过 ic 启动电流。否则，rt8487 vcc 可能永远无法达到启动电压。典型的 ic 启动电流为 25μa。
启动电阻应选择不超过工作电流。否则，vcc 电压可能会上升到高于 vcc 自举电路设置的电压，并可能触发 ovp。典型工作电流为 1ma。
启动电阻的值与 vcc 电容 c2 一起决定启动时间，定义为：
其中 v uvlo为 17v，i启动可近似为：
对于大多数应用，c2 可以选择 1μf。
r1 和 r2 各选择 1mω，这给出了一个典型的启动电流
启动时间将变为：
图 2
图 2 显示了 230v 交流输入时的 ic 启动波形。
当应用交流电源时，通过 r1 和 r2 的电流将为 c2 充电。当 ic vcc 电压超过 uvlo 电平时，功率
mosfet 开始开关，快速为输出充电。
总测量启动时间为 150 毫秒。
输入电容选择
对于高功率因数应用，输入电容 c1 应足够小，以实现整流后的线路电压正弦波。输入滤波电容 vcin 的额定电压应足够大以处理最大输入电压。一个 100nf / 500v 的薄膜电容器是一个合适的选择。为了降低差模 emi，可以通过两个 47nf 电容器和一个合适的电感器使用一个 pi 滤波器。
降压电感值选择
由于边界导通模式切换，降压电感值会影响转换器的切换频率。对于较小尺寸的线圈，可以选择较小的电感值，但限制由 ic 最小导通时间（通常为 0.5μsec）和最小截止时间（通常为 0.5μsec）设置。
最大电感值受 ic 最大导通时间（典型值为 15μsec）和最大截止时间（典型值为 33μsec）的限制。
要计算电感，我们首先需要计算整流正弦波 （v peak ） 顶部的最大峰值电流 （i peak ）：
其中 pin 是转换器输入功率，a 是 led 电压与 buck 输入电压之比：
f（k（a）） 是实现 pfc 降压的低 thd 的复杂函数：
图 3
在 8w 应用中，pin 可以计算为
（效率估计为 86%）
系数 a 可以在整流正弦波的峰值处计算：
从图 3 或公式（1）我们可以得出，
现在可以通过以下公式计算电感范围：
l1 选择 330μh，额定电流为 1.2a，以实现尺寸、成本和效率之间的最佳折衷。
可以计算出正弦波顶部的频率：
（t延迟由连接到 and 引脚的电阻决定，请参见下一节）
设置开启延迟时间
在电感电流达到零后，电感与开关节点处的总电容之间会发生谐振，谐振主要由mosfet漏源电容决定。
为了尽量减少 mosfet 的开关损耗，rt8487 提供了调整下一个导通周期的延迟时间的灵活性，以便在谐振的最大点（对应于最小漏源电压值）导通。
图 4
从零电流点到开关谐振最大值的延迟时间（图 4 中的 t延迟）可以通过下式计算：
其中 c sw是开关节点处的电容，主要由 mosfet 漏源电容决定，在此应用等于 38pf。共振延迟变为：
最佳谐振切换所需的总延迟时间需要选择得稍大一些，以包括零电流检测延迟（在这种情况下约为 290 纳秒）。所以总延迟时间变为 290nsec + 352nsec = 642nsec。
从零电流检测点到下一个 mosfet 导通周期的延迟时间可以通过连接在 and 引脚和 ic gnd 之间的电阻值 r3 进行调整
·
= 以微秒为单位的近似总延迟时间
· r3 电阻值，单位为 kω
r3 的最终值设置为 68kω。
下面的图 5 显示了具有最佳谐振开启点的开关波形。
图 5
mosfet 选择
mosfet 额定电压应足以处理最大线路输入电压峰值 + 线路瞬态裕量。建议使用具有最小 500v 漏源额定值的 mosfet。mosfet 电流额定值取决于热方面。选择 2a mosfet 以实现低功耗和更好的效率。
正向二极管选择
当功率 mosfet 关闭时，电流路径通过连接在开关输出和地之间的二极管。这种正向偏置二极管必须具有低正向压降和快速恢复时间。二极管的反向电压额定值应大于最大输入峰值电压+裕量，额定电流应大于电感峰值电流。选择了一个快速 600v / 2a 二极管，以实现低功耗和更好的效率。
输出电容选择
为了实现高功率因数和低 thdi，电感电流包含相当大的低频纹波。输出电容将过滤开关和低频纹波电流，为 led 串提供低纹波电压。输出纹波电压的大小以及 led 串的差分电阻将决定通过 led 的纹波电流。在这个低成本设计中，选择了一个 220μf 的电容器，它提供了大约 330mapp 的纹波电流通过 led 灯串。为了减少这种纹波，需要更大值的输出电容。
4. 关键绩效测量
图 6 显示了输入和输出电压和电流波形。
输入交流波形显示出良好的 pfc 和低 thd。平均输出 led 电流精确设置为 299ma。
图 6
下面的图 7 显示了开关波形。为了实现低 thdi，电流峰值大约是平均电流的 4 倍。单个开关周期显示了完全 bcm 开关，具有最小的漏源电压导通。
图 7
下表显示了关键性能参数。典型效率为 86%，在电源电压范围内具有出色的 led 电流稳定性和符合 iec61000 c 类的低 thd。
5. 总物料清单
8w led 驱动器的总 bom 如下图所示：
6.pcb布局
8w led 驱动器应用建立在小型单面 pcb 上。由于采用浮动控制器拓扑，ic 周围的元件应紧凑且靠近 ic，并且布局应为高压摆幅提供足够的爬电距离和间隙裕度。
需要注意的是，这个布局是一个初步版本，需要进一步微调以优化性能：降压电感相对于 emi 线圈的方向需要一些修改：目前 l1 的杂散场耦合到 lx1 并导致更高的 emi 读数。
7. 结论
rt8487 使设计具有良好性能并满足当今 led 驱动器市场要求的极具成本效益的 8w led 驱动器成为可能。
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主要规格：
输入范围 230v +/-15%（经过一些改动，设计可以扩展到全范围输入）
led 串 27v ， i-led = 300ma +/- 5% ， p-out=8w 用于一般改造照明应用
thdi 《 20% 符合 iec61000 c 类
启动时间 《 300msec
全面保护：输出短路、led开路、过流、过温保护。
通过使用标准低成本组件的无变压器设计，重点关注低 bom 成本。
2. 应用电路
8w led 驱动器的整体应用如下图所示。
图1
rt8487 用于浮动控制器降压配置。完整的应用电路如图 1 所示。ic 控制高端 mosfet q1 的开启时间，并通过与降压电感串联的r s感测 led 平均电流，以实现真正的负载电流感测。通过感测零电感电流（也通过 r s）。通过从零电流检测点开始的可编程开启延迟（通过 r3）实现了在最小漏源电压下的高效谐振开关。智能算法控制开启时间以获得高输入功率因数和低 thdi。ic 偏置由简单的自举电路 d2 和 c2 提供，因此无需单独的辅助绕组。这使得使用简单的标准鼓形线圈而不是更昂贵的定制绕线变压器成为可能。低 ic 启动偏置电流允许使用高值启动电阻器 r1 和 r2，同时仍可实现快速启动（通常为 123 毫秒）。整个电路可以构建在尺寸为 18 x 36mm 的小型单面 pcb 上。
3. 关键组件的计算
以下部分说明了各种应用程序参数的设置。
设置平均输出电流
流经 led 灯串的平均输出电流由连接在 ic gnd 和 sense 端子之间的外部电阻器 r s设置。由于 r s与电感串联，因此可以通过该电阻准确检测 led 平均电流。输出电流、i out和 r s之间的关系如下所示：
在本应用中，led 电流定义为 300ma，因此
我们选择1ω//4.7ω得到0.824ω
启动电阻
启动电阻器 （r1+r2） 的选择应使在最小线路电压下流过这些电阻器的电流超过 ic 启动电流。否则，rt8487 vcc 可能永远无法达到启动电压。典型的 ic 启动电流为 25μa。
启动电阻应选择不超过工作电流。否则，vcc 电压可能会上升到高于 vcc 自举电路设置的电压，并可能触发 ovp。典型工作电流为 1ma。
启动电阻的值与 vcc 电容 c2 一起决定启动时间，定义为：
其中 v uvlo为 17v，i启动可近似为：
对于大多数应用，c2 可以选择 1μf。
r1 和 r2 各选择 1mω，这给出了一个典型的启动电流
启动时间将变为：
图 2
图 2 显示了 230v 交流输入时的 ic 启动波形。
当应用交流电源时，通过 r1 和 r2 的电流将为 c2 充电。当 ic vcc 电压超过 uvlo 电平时，功率
mosfet 开始开关，快速为输出充电。
总测量启动时间为 150 毫秒。
输入电容选择
对于高功率因数应用，输入电容 c1 应足够小，以实现整流后的线路电压正弦波。输入滤波电容 vcin 的额定电压应足够大以处理最大输入电压。一个 100nf / 500v 的薄膜电容器是一个合适的选择。为了降低差模 emi，可以通过两个 47nf 电容器和一个合适的电感器使用一个 pi 滤波器。
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由于边界导通模式切换，降压电感值会影响转换器的切换频率。对于较小尺寸的线圈，可以选择较小的电感值，但限制由 ic 最小导通时间（通常为 0.5μsec）和最小截止时间（通常为 0.5μsec）设置。
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其中 pin 是转换器输入功率，a 是 led 电压与 buck 输入电压之比：
f（k（a）） 是实现 pfc 降压的低 thd 的复杂函数：
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从图 3 或公式（1）我们可以得出，
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可以计算出正弦波顶部的频率：
（t延迟由连接到 and 引脚的电阻决定，请参见下一节）
设置开启延迟时间
在电感电流达到零后，电感与开关节点处的总电容之间会发生谐振，谐振主要由mosfet漏源电容决定。
为了尽量减少 mosfet 的开关损耗，rt8487 提供了调整下一个导通周期的延迟时间的灵活性，以便在谐振的最大点（对应于最小漏源电压值）导通。
图 4
从零电流点到开关谐振最大值的延迟时间（图 4 中的 t延迟）可以通过下式计算：
其中 c sw是开关节点处的电容，主要由 mosfet 漏源电容决定，在此应用等于 38pf。共振延迟变为：
最佳谐振切换所需的总延迟时间需要选择得稍大一些，以包括零电流检测延迟（在这种情况下约为 290 纳秒）。所以总延迟时间变为 290nsec + 352nsec = 642nsec。
从零电流检测点到下一个 mosfet 导通周期的延迟时间可以通过连接在 and 引脚和 ic gnd 之间的电阻值 r3 进行调整
·
= 以微秒为单位的近似总延迟时间
· r3 电阻值，单位为 kω
r3 的最终值设置为 68kω。
下面的图 5 显示了具有最佳谐振开启点的开关波形。
图 5
mosfet 选择
mosfet 额定电压应足以处理最大线路输入电压峰值 + 线路瞬态裕量。建议使用具有最小 500v 漏源额定值的 mosfet。mosfet 电流额定值取决于热方面。选择 2a mosfet 以实现低功耗和更好的效率。
正向二极管选择
当功率 mosfet 关闭时，电流路径通过连接在开关输出和地之间的二极管。这种正向偏置二极管必须具有低正向压降和快速恢复时间。二极管的反向电压额定值应大于最大输入峰值电压+裕量，额定电流应大于电感峰值电流。选择了一个快速 600v / 2a 二极管，以实现低功耗和更好的效率。
输出电容选择
为了实现高功率因数和低 thdi，电感电流包含相当大的低频纹波。输出电容将过滤开关和低频纹波电流，为 led 串提供低纹波电压。输出纹波电压的大小以及 led 串的差分电阻将决定通过 led 的纹波电流。在这个低成本设计中，选择了一个 220μf 的电容器，它提供了大约 330mapp 的纹波电流通过 led 灯串。为了减少这种纹波，需要更大值的输出电容。
4. 关键绩效测量
图 6 显示了输入和输出电压和电流波形。
输入交流波形显示出良好的 pfc 和低 thd。平均输出 led 电流精确设置为 299ma。
图 6
下面的图 7 显示了开关波形。为了实现低 thdi，电流峰值大约是平均电流的 4 倍。单个开关周期显示了完全 bcm 开关，具有最小的漏源电压导通。
图 7
下表显示了关键性能参数。典型效率为 86%，在电源电压范围内具有出色的 led 电流稳定性和符合 iec61000 c 类的低 thd。
5. 总物料清单
8w led 驱动器的总 bom 如下图所示：
6.pcb布局
8w led 驱动器应用建立在小型单面 pcb 上。由于采用浮动控制器拓扑，ic 周围的元件应紧凑且靠近 ic，并且布局应为高压摆幅提供足够的爬电距离和间隙裕度。
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7. 结论
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