TP8311 TPOWER | Alldatasheet
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PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 1 概述 TP8311是一款具有PWM调光功能的高功率因数原边反馈 LED恒流驱动芯片。芯片集成了单级有源功率因数校正电 路，特别适合于85VAC~265VAC全电压输入范围的高性能 隔离式LED照明系统调光应用。 TP8311集成了PWM调光功能。LED输出电流可以通过外部 的PWM信号来进行调节， 从而实现PWM调光功能。TP8311 集成了单级有源功率因数校正电路， 系统可以实现很高的 功率因数和很低的输入电流总谐波失真。TP8311工作在准 谐振开关模式，功率管处于零电流状态导通。这有效地减 小了功率管的开关损耗，改善了系统的EMI特性。 TP8311采用原边反馈的控制方式，通过原边反馈的信息即 可以实现高精度的LED恒流输出，并不需要光耦、次级反馈 等电路。这节约了系统的成本和体积，简化了LED照明系统 的设计。TP8311集成了线电压和负载补偿功能，系统具有 优异的线电压调整率和负载调整率。 TP8311工作电压范围宽，适用于 85VAC~265VAC全电压 范围的交流输入。同时TP8311集成了多种保护功能以保证 系统的稳定和可靠。包括VCC供电过压保护，VCC供电欠 压保护，LED开路、短路保护，芯片过温保护和变压器初级 绕组逐周期限流等。 特点 集成 PWM 调光功能 内置单级有源PFC 功能 输入电流总谐波失真低 原边反馈恒流控制，无需次级反馈电路 准谐振开关模式，开关损耗小 ±3%的 LED 输出电流精度 优异的线电压调整率和负载调整率 超低启动电流 LED 输出开路保护 LED 输出短路保护 VCC 供电过压保护 VCC 供电欠压保护 CS 逐周期限流 芯片过温保护 自动重启动功能 采用 SOP8L 封装 应用 LED 球泡灯，LED 射灯 LED 日光灯，LED 筒灯 LED 吸顶灯，LED PAR 灯 其它 LED 照明 典型应用电路
PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 2 管脚 SOP8L 管脚描述 管脚编号 管脚名称 描述
1 COMP 环路补偿引脚，连接RC 网络到地
2 ZCD 变压器次级绕组电流过零检测、LED 输出开路保护检测和线电压补偿微调引脚
3 CS 变压器初级绕组电流采样引脚，连接电阻到地
4 GND 芯片地
5 DRV 外部功率管的栅极驱动引脚
6 VCC 芯片电源引脚
7 PWM PWM 调光输入引脚
8 ADIM PWM 调光信号转为模拟调光信号输出引脚，外接电容到地
PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 3 极限参数（注 1） 参数 额定值 单位 VCC, DRV 到 GND 电压 -0.3~+25 V CS, COMP, ZCD, PWM, ADIM 到 GND 电压 -0.3~+6 V VCC 引脚电源电流 5 mA 功率损耗 0.6 W 储存环境温度 -50~+150 ℃ 工作结温范围 -40~+150 ℃ ESD 水平(HBM) 2000 V ESD 水平(MM) 200 V 推荐工作范围 参数 符号 工作条件 推荐值 单位 最小工作频率 FOSC 正常工作 50 kHz 注1: 最大极限值是指超出该工作范围芯片可能会损坏。推荐工作范围是指在该范围内芯片工作正常，但不完全保证满足个别性能指标。电气参数定义了器件在 工作范围内并且在保证特定性能指标的测试条件下的直流和交流电气参数规范。对于未给定的上下限参数，该规范不予保证其精度，但其典型值合理反映 了器件性能。 电气参数 (无特殊说明，Ta=25℃，VCC=18V) 符号 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 电源启动 VST VCC 启动电压 VVCC 上升 16.5 V VUV VCC 欠压锁定 VVCC 下降 9.5 V VVCC_OVP VCC 过压保护阈值 VVCC 上升 23.7 V IST VCC 启动电流 VVCC= VST -1V 16 μA IOP VCC 工作电流 FOSC=70kHz; CL=100pF 1 mA IOVP 过压保护时VCC 泄放电流 VVCC>VVCC_OVP 4.5 mA 基准电压 VREF 输出平均电流基准电压阈值 291 300 309 mV VCS_LIMIT CS 逐周期限流电压阈值 1.5 V VZCD_OVP ZCD 过压保护电压阈值 2 V 定时控制 TLEB 电流检测前沿消隐时间 400 ns TON_MAX 最大导通时间 VCOMP=2.5V 35 μs TOFF_MIN 最小关断时间 2 μs TOFF_MAX 最大关断时间 100 μs FOSC_MAX 最大工作频率 140 kHz PWM 调光 VPWMH PWM 输入高电平阈值 2 V VPWML PWM 输入低电平阈值 0.8 V IPWMH PWM 上拉电流 2 μA 功率管 VDRVH 栅极驱动高电平电压 VVCC V ISOURCE 最大驱动上拉电流 250 mA ISINK 最大驱动下拉电流 500 mA 过温保护 TSD 芯片过温保护温度 150 ℃ THYS 芯片过温保护温度滞回 125 ℃
PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 4 内部框图 应用说明 TP8311是一款具有PWM调光功能的高功率因数原边反 馈LED恒流驱动芯片。 芯片集成了单级有源功率因数校正 电路，可以实现很高的功率因数和很低的 输入电流总谐 波失真，特别适合于85VAC~265VAC全电压输入范围的 高性能隔离式LED照明系统调光应用。TP8311工作在原 边反馈和准谐振开关的模式下，可以实现高精度的LED 恒流输出和很低的功率管开关损耗。 启动过程 系统上电后，母线电压通过启动电阻对 VCC 电容充电， 当 VCC 电压达到芯片的开启阈值时，TP8311 内部的控 制电路开始工作。此时，芯片首先对COMP 的 RC 网络 进行预充电，使 COMP 电压迅速上升到 1.55V。COMP 预充电完成后，功率管开始进行开关切换，此时LED 输 出电压从零开始逐渐上升，COMP 电压也逐渐上升。当 LED 输出电压建立后， 变压器辅助绕组开始对VCC 进行 供电，芯片启动完成。COMP 的预充电时间可以通过 RCOMP 来进行调整， 较大的RCOMP 可以得到较大的环路相 位裕度。 输出电流设定 在功率管开始导通时，变压器初级绕组电流从零开始斜 坡上升，同时CS 脚的电压也斜坡上升。经过一个恒定的 导通时间后，功率管关断。变压器初级绕组的峰值电流 可以表示为： 𝐼𝑃_𝑃𝐾 = 𝑉𝐶𝑆𝑃 𝑅𝐶𝑆 其中，VCSP 为 CS 脚的峰值电压；RCS 为变压器初级绕 组电流采样电阻值。 在功率管关断时，储存在变压器上的能量由初级绕组转 移到次级绕组，此时次级绕组与初级绕组的峰值电流具 有以下关系： 𝐼𝑆_𝑃𝐾 = 𝐼𝑃_𝑃𝐾 × 𝑁𝑃 𝑁𝑆 其中，NP 是变压器初级绕组匝数；Ns 是变压器次级绕 组匝数。 在功率管关断后，变压器次级绕组开始进行退磁，此时 次级绕组电流以一定的斜率从峰值开始下降。当次级绕 组电流下降到零后，功率管开始重新导通。LED 输出平 均电流和次级绕组的峰值电流关系如下： 𝐼𝐿𝐸𝐷 = 2 ×𝐼𝑆_𝑃𝐾 × 𝑇𝐷𝐼𝑆 𝑇𝑆 其中，TDIS 为变压器次级绕组的退磁时间；TS 为功率管 的开关周期。因此，LED 输出平均电流可以表示为： 𝐼𝐿𝐸𝐷 = 2 × 𝑅𝐶𝑆 𝑁𝑃 𝑁𝑆 ×𝑉𝐶𝑆𝑃 × 𝑇𝐷𝐼𝑆 𝑇𝑆 TP8311 内部进行电流采样和恒流控制，使得： 𝑉𝐶𝑆𝑃 × 𝑇𝐷𝐼𝑆 𝑇𝑆 = 𝑉𝑅𝐸𝐹 其中，VREF 为输出平均电流基准电压， 典型值为300mV。
PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 5 因此，LED 输出平均电流可以表示为： 𝐼𝐿𝐸𝐷 = 2 × 𝑉𝑅𝐸𝐹 𝑅𝐶𝑆 𝑁𝑃 𝑁𝑆 从上式可知，LED 输出平均电流由变压器匝比，CS 电阻 和芯片内部的 300mV 基准电压决定，对变压器的电感量 不敏感。 有源功率因数校正 TP8311 工作在功率管恒定导通时间模式下，可以实现很 高的功率因数。变压器初级绕组的峰值电流可由以下公 式表示： 𝐼𝑃_𝑃𝐾 = 𝑉𝐼𝑁 𝐿𝑃 ×𝑇𝑂𝑁 其中，VIN 为输入线电压，是一正弦波形；TON 为功率管 导通时间；LP 变压器初级绕组电感量。由于TON 和 LP 为 恒定值，则变压器初级绕组的峰值电流跟随输入线电压 的变化而变化，也呈现为一正弦波形。同时，输入平均 电流呈现为一准正弦波形，因此系统可以实现很高的功 率因数和很低输入电流总谐波失真。 TP8311 的恒定导通时间通过芯片内部的误差放大器和 芯片外部COMP 脚的电容来实现。为了实现高功率因数 和系统的环路稳定，CCOMP 电容建议设定为 2.2uF~4.7uF。 在COMP 脚并联一个10pF~100pF 的电容能有效的抑制 COMP 脚的高频噪声。 准谐振开关 TP8311 工作在准谐振开关模式，功率管处于谷底零电流 导通，可以实现很低的开关损耗。功率管的漏极电压通 过变压器辅助绕组采样，并经由电阻分压来被 ZCD 脚检 测。在功率管关断期间，变压器次级 绕组的电流从峰值 开始下降。当次级绕组的电流下降至零时，功率管的漏 极电压开始进行准谐振，当漏极电压谐振至谷底时，功 率管重新开始导通。因此，功率管导通时的漏源电压最 小且漏源电流为零，故能实现很低的开关损耗。 PWM 调光 TP8311 集成了PWM 调光功能，LED 输出电流的大小可 以通过外部PWM 信号的占空比来进行调节。TP8311 将 外部输入的 PWM 信号转化为相应的模拟电平来进行调 光控制，并通过ADIM 脚输出。ADIM 脚电压与PWM 信 号的占空比关系如下： 𝑉𝐴𝐷𝐼𝑀 = 𝐷𝑃𝑊𝑀 ×300𝑚𝑉 根据 PWM 信号的频率不同，ADIM 外接不同的电容到地 以减小 ADIM 电压的纹波。因此，TP8311 对 PWM 调光 信号频率范围的适应性强。当ADIM 电压小于50mV 时， 功率管马上关断，LED 输出电流为零。PWM 调光功能不 使用时，PWM 和 ADIM 引脚建议外接一个 100pF 的滤 波电容到地。 保护功能 TP8311 集成了多种保护功能， 以保证系统的稳定和可靠。 包括 VCC 供电过压保护，VCC 供电欠压保护，LED 开 路、短路保护，芯片过温保护和变压器初级绕组电流逐 周期限流等。 LED开路保护 当 LED 开路发生时，系统会仍然对输出电容进行充电， 则输出电压会逐渐上升， 此时变压器辅助绕组电压、VCC 电压和ZCD脚电压也跟随上升。当VCC电压上升到VCC 过压保护电压阈值或ZCD 电压在最小关断时间之后上升 到 ZCD 过压保护电压阈值时，则会触发芯片的保护逻辑 并锁死，系统马上停止工作。通过设定变压器辅助绕组 的分压电阻比例可以设定LED 输出开路时的开路电压： 𝑉𝐿𝐸𝐷_𝑂𝑉𝑃 = 𝑉𝑍𝐶𝐷_𝑂𝑉𝑃 × 𝑅𝑍𝐶𝐷𝐿+𝑅𝑍𝐶𝐷𝐻 𝑅𝑍𝐶𝐷𝐿 𝑁𝑆 𝑁𝐴 𝑉𝐿𝐸𝐷_𝑂𝑉𝑃 ≤ 𝑉𝑉𝐶𝐶_𝑂𝑉𝑃 × 𝑁𝑆 𝑁𝐴 其中，NA 是变压器辅助绕组匝数；VVCC_OVP 为 VCC 过压 保护电压；RZCDH, RZCDL 为变压器辅助绕组的上下分压电 阻；VZCD_OVP 为 ZCD 过压保护电压阈值。 调整RZCDH 的阻值， 可以对系统的线电压补偿功能进行微 调。当 LED 输出电流随输入电压的增大而增大时，减小 RZCDH 的阻值；反之，则增大 RZCDH 的阻值。RZCDH 的取 值建议为100kΩ~1MΩ。 LED短路保护 当 LED 短路发生时，LED 输出电压很小，变压器辅助绕 组的电压也很小，并不能进行谷底检测，则功率管在最 大关断时间后再重新导通。当 TP8311 连续 128 次检测 到功率管在最大关断时间后导通，则会触发芯片的保护 逻辑并锁死，系统马上停止工作。 逐周期限流 当 LED 短路或者变压器饱和等异常情况发生时，变压器 初级绕组会面临很大的峰值电流。为了保护功率管、变 压器和输出二极管等免受损坏，TP8311 对变压器初级绕 组进行逐周期限流。 当CS 电压超过逐周期限流电压阈值 时，功率管马上关断，直到下一开关周期才重新导通。 过温保护 TP8311 具有过温保护功能从而能避免芯片高温损坏。当 芯片的结温达到150℃时，系统会立即停止工作，并一直 保持关断状态直到芯片的结温下降到125℃。 一旦系统进入锁死状态时，系统将进入自动重启动模式。 在系统完成自动重启动后，如果异常情况依然存在，则 系统会工作在打嗝模式，直到异常情况解除。
PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 6 PCB 布局 TP8311在进行PCB布局时，建议按以下规则进行： 走线 1. 辅助绕组地先与VCC电容地连接，再与芯片地连接。 2. ZCD、COMP等信号地与芯片地连接， 走线越短越好。 3. 芯片地与CS电阻地连接后再与输入电容地连接， 且走 线越短越好。 4. ZCD为弱信号，ZCD电阻应尽量靠近ZCD脚，并远离 干扰源。 5. 功率管的漏极为主要干扰源，走线越短越好。 6. VCC电容应尽量紧靠芯片的VCC脚和GND脚。 功率环路面积 功率环路的面积应当尽可能的小，例如变压器初级绕组、 功率管、CS电阻、输入电容组成的电流环路面积和次级 绕组、输出二极管、输出电容组成的电流环路面积。这 样可以改善系统的EMI特性。
PWM 调光的高功率因数原边反馈 LED 驱动芯片 V1.1 Shenzhen TPOWER Semiconductor 7 封装外形尺寸 SOP8L 符号 毫米 最小值 标准值 最大值 A 1.35 1.60 1.77 A1 0.08 0.15 0.28 A2 1.20 1.40 1.65 b 0.33 - 0.51 c 0.17 - 0.26 D 4.70 4.90 5.10 E 5.80 6.00 6.20 E1 3.70 3.90 4.10 e 1.27BSC. L 0.38 0.60 1.27 0 - 8 注明: 本公司对本文档有修改的权利,本公司对本文档的修改恕不另行通知。