基于控制器LM3445的TRIAC调光离线LED驱动电路原理解析
引言
基于控制器ic的可调光led驱动器通常采用的调光方式有两种，即数字pwm调光和模拟dc电压调光。
基于相位控制的triac传统白炽灯和卤素灯调光器若用于led的调光控制，会产生100hz或120hz的闪烁，而且调光范围非常窄。美国国家半导体（ns）公司推出的一种带有triac调光译码器的离线式ac/dc降压（buck）恒流led控制器lm3445，允许利用标准triac调光器对led进行宽范围的平稳无闪烁调光，打破了传统triac调光器应用与led节能照明的一个瓶颈。
lm3445的主要特点：
lm3445与先前的同类离线式ac/dc降压恒流led驱动器ic比较，其主要特点是在芯片上设计了triac调光译码器电路，能传感ac线路triac调光波形，并将其转换成控制led电流的调光信号，几乎能在从0%到100%的调光范围内实现无闪烁led亮度调控。
lm3445的其它特征主要有：
（1）ac输入电压范围为80～270v，适用于国际通用ac线路；
（2）能够控制大于1a的led电流；
（3）适合配置无源（被动式）功率因数校正（pfc）电路，满足能源之星固态照明（ssl）商业应用要求；
（4）支持主/从控制功能的多芯片解决方案，
使用一个triac调光器和一个主lm3445，
便能控制多个基于lm3445的从属降压变换器驱动的多串led；
（5）提供vcc欠锁定、门限是165℃的热关闭保护和电流限制；
（6）固定关断时间可编程，开关频率可调节；
（7）采用10引脚msop封装，结温范围为一40℃～+125℃。
基于lm3445的triac调光离线led驱动电路
1）基本电路
lm3445的内部结构及由其组成的triac调光离线式led驱动电路如图一所示。这种ac—dc恒流led驱动电路主要含有五个部分，即triac调光器、桥式整流器br1、整流线路电压检测及调光译码器电路、无源功率因数校正（pfc）电路和降压（buck）式dc/dc变换器电路，整个系统的核心是lm3445。
2）电路工作原理
（1）triac调光器
在图1中，串联在桥式整流器br1输入端的triac调光器采用传统基于相位控制的电路，如图所示。
r1、r2和c1值决定c1上电压达到双向触发二极管（diac）触发电压（约32v）之前的延迟时间。对于负载是白炽灯时，r1值减小，triac的导通延迟缩短，导通角增加，灯亮度则增强；反之，若r1值增加，triac导通角将减小，灯光则变暗。在图一中，triac调光器被串接在ac线路输入端，通过lm3445的调光译码器电路，可以控制led串的电流，实现亮度调控。
（2）triac调光译码电路
triac调光译码电路由整流线路电压感测电路、triac导通角检测电路和调光译码器电路三部分组成（见图一）。
①线路电压感测
位于桥式整流器之后的r1、15v的齐纳二极管vd1和vt1组成一个串联通路整流器，将整流的线路电压转换为一个适当的电平被ic（lm3445）的引脚bldr感测。
由于vt1源极未连接电容器，当线路电压降至15v以下时，允许ic引脚bldr上的电压随整流电压升高和降低。
r5的作用有两个：
一是用作泄放ic引脚bldr节点寄生电容的电荷；二是在小电流输出上操作时，为调光器提供所需要的保持电流。
二极管（肖特基型）vd2和电容c5的作用是，当ic引脚bldr上的电压变低时，维持ic引脚vcc上的电压，使ic能够正常操作。
②角度检测和调光译码器
triac导通角检测电路利用一个门限为7.2v的比较器监视ic引脚bldr来确定triac是导通或者关断。
比较器输出经4μs的延迟线控制一个泄放电路并驱动一个缓冲器。
缓冲器输出（引脚asns）摆幅被限制在0～4v，经r1和c3组成的低通滤波器滤波，通过ic引脚fltrl输入到斜坡比较器（反相端），
与斜坡产生器产生的5.88khz、l～3v的锯齿波相比较，斜坡比较器输出驱动引脚dim和一个n沟道mosfet。
mosfet漏极上的信号经内部370kω和ic引脚fltr2上的电容c4组成的（第二个）低通滤波器滤波，输至内部pwm比较器。
调光译码器输出一个幅度从0～750mv变化的dc电压，相应的调光器占空比是从25%到75%变化，triac导通角范围从45℃到135℃，
从而直接控制led的峰值电流，获得几乎从0%到100%的调光范围。
（3）无源pfc电路
电容c7和c9以及二极管vd4、vd8、vd9组成部分滤波填谷式无源（即被动式）pfc电路。
用其替代一个传统大容量滤波电容器，可以改善线路功率因数。
电容c10（10nf）在c7和c9充电时，可以衰减电压纹波。无源pfc电路输出电压ubuck，作为降压变换器的dc总线电压。
在没有triac调光器接入的情况下，当ac线路电压高于其峰值的1/2时，vd3和vd8导通，vd4和vd9截止，电容c7和c9以串联方式被充电，并且电流会流入负载。
当ac线路电压低于其峰值的l/2时，vd3和vd8反向偏置，而vd4和vd9正向偏置，c7和c9以并联方式放电，电流流入负载。
图三所示为不带triac调光器时ac线路电压uac、整流电压ubr1和pfc电路输出电压ubuck波形。
由图三可知，虽然ubuck波形很不平滑，
但在ac线路半周期内的电流导通角达120°（即从30°到150°），线路功率因数达0.9以上。
而只用单个大容量电容滤波虽然能获得比较平滑的dc电压，
但电流流动角仅约60°（即从60°到120°），线路功率因数不超过0.6。
加入triac调光器时的相关电压波形如图4所示，其中θ为triac的导通角。
（4）dc—dc降压变换器
控制器lm3445、功率mosfet（vt2）、电感器l2、二极管vd10、电阻r3和电容c12等，组成开关型dc—dc降压变换器，用来驱动led串。
当lm3445引脚gate上的pwm信号驱动vt2导通时，通过l2和led串的电流线性增加，并被r3感测。
当r3上的电压等于在ic引脚fltr2上的参考电压时，vt2则关断，l2释放储能，vd10导通，电流通过led串和l2，并从其峰值线性减小。
c12用作消除大部分电感l2的纹波电流，r4、c11和vt3为设置固定关断时间提供一个线性电流斜坡信号。
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