首款全球通用AC-DC恒流LED驱动器ZD832
1、引言
led在景观照明、建筑装饰照明和普通照明应用中，工频市电（110v/60hz、220v/50hz）和太阳能将是主流原始能源。就由交流市电电源供电的led驱动电路来说，目前主要有两种设计方案。一种方案是先利用工频变压器将ac电源降压，再利用桥式整流和滤波电路实现ac-dc转换，最后通过一个dc-dc恒流驱动器为led或led阵列供电；另一种方案是采用开关电源拓扑结构。这种方案是先利用桥式整流和滤波电路完成ac-dc转换，再利用一个dc-dc开关变换器输出恒流来驱动led或led阵列。传统开关电源的dc-dc开关转换器需使用一个高频变压器，目前一些led驱动器ic组成的dc-dc降压式（buck）开关变换器一般不使用高频变压器，而是使用一个电感器。由此可见，无论是采用哪一种方案，都需要使用桥式整流器、工频或高频变压器或电感器。变压器和电感器大而笨重，这对于led照明电源的小型化和轻量化要求来说是极为不利的。
zywyn公司推出的世界首款全球通用ac-dc恒流led驱动器zd832，采用高度集成的线性结构体系，无需外加变压器或电感器，也不需要外加桥式整流器，仅需用几个元器，就可以在85~125vac或180~240vac的交流电源上操作，驱动近百颗串联在一起的低功率白光或rgb led。zd832的输出电流达30ma，可由单个电阻来编程。其调光控制可以通过在引脚pwm上施加一个带变化占空比的pwm信号或在引脚iset上施加一个模拟dc电压来实现。zd832含有过温度和过电压保护电路，十分坚固耐用，而且在应用中不存在emi问题。
2、zd832引脚功能及其操作
2.1 zd832引脚功能
为了正确使用zd832，首先要了解其引脚功能。zd832采用20引脚tsspo无铅绿色封装，引脚排列如图1所示。
zd832各个引脚功能见表1。
表1 zd832引脚功能
2.2 zd832操作描述
2.2.1 输入操作
（1）ac输入电压及其选择
在zd832引脚vac+和vac-上的ac输入电压范围为85~240vac。当ic引脚vsel连接到hvcc（16引脚）时，输入电压为85~125vac；当ic引脚vsel悬空时，ic可以在180~240vac的电压上操作。
（2）高压dc输入
当在ic的引脚vac+和vac-上没有ac电压施加时，在ic引脚hvcc上可以施加一个范围为85~340vdc的直流高压来直接驱动led串。为减小可能出现的电压纹波，在引脚hvcc上应连接一个1μf//400vdc的电容到pgnd端。
（3）调光信号输入
1）led pwm调光
在ic引脚pwm上施加一个50hz~5khz的输入pwm信号，可以对输出上的led串进行调光，并且调光与pwm占空因数成正比，调光范围从10%到90%。
当pwm信号在引脚pwm上为逻辑“0”时，ic则进入关闭模式；当pwm信号为逻辑“1”（≥2v）时，ic则完全开通。逻辑低电平电压典型值是0.2v。
2）模拟电压调光
用一个0~1.25的dc电压通过一个电阻rset加至ic的引脚iset，可以调节led的电流，实现线性模拟调光。如图2所示。当dc电压为0v时，相当于rset接地，led电流在rset的设置值上，亮度最大（100%）。随dc电压从0v逐渐增加到1.25v，led电流则相应减小，亮度从强到弱变化。
2.2.2 输出操作
（1）整流dc高压输出
在zd832引脚hvcc上的dc输出电压范围为85~340vdc，可以驱动几十个乃至百多个串联在一起的led。为减小ic引脚hvcc上整流输出电压纹波，在引脚hvcc上应连接一个至少是10μf的退耦电容到pgnd端。ic输出平均dc电压vhvcc值与ac输入电压、输出电容cout和led电流iled值有关，图3所示为在220vac输入和不同输入电容cout及iled时的vhvcc值。
（2）led电流设置
led电流iled由ic引脚iset上与pgnd之间连接的单个电阻rset来设置，计算公式为：
ileg=2200v/rset
rset的取值范围为73kω，故iled值范围为3~30ma。led电流iled与设置电阻rset之间的关系如图4所示。
（3）ic引脚vout上的限制电阻rext
ic引脚vout上的电压范围一般为3~30v，led串通常连接在ic引脚hvcc与vout之间，led电流从引脚vout灌入。为防止ic内部功率晶体管功率耗散过大，并保持vout《30v，在很多情况下需要在ic引脚vout外部连接一个限制电阻rext（见图5和图6等）。
若串联led数量为n，每个led的正向电压降是vf，ic引脚hvcc上的dc输出电压为vhvcc，引脚vout上的电压为vout（设置其≥7v），rext值则为：
rext=（vhvcc-n？vf-vout）/iled
rext的额定功率为：prext=（iled）2？rext
设vf=3.3v（@iled=30ma），cout=10μf，在不同ac输入电压时的设计数据如表2所示。
表2 不同ac输入电压时的相关设计数据
3、zd832驱动led串的电路实例
3.1 输出30ma的电流驱动vf为3.3v的led组成的led串电路
3.3.1 输入110vac±3%驱动35个led串联在一起的电路。
图5所示为zd832输入110±3%驱动35个led串联在一起的电路。在输入端（引脚vac+）上串联的1kω/0.5w的ntc热敏电阻，用作限制驱动器在启动时的浪涌电流。当浪涌电流通过后进入稳态操作时，热敏电阻的电阻值因温度升高降至约100ω。根据热敏电阻的热敏特性，ac电源接通与关断之间的持续时间应大于2~3s。由于ac输入电压是110vac，ic引脚vsel必须连接到hvcc。在ic引脚hvcc上的输出dc电压为133vdc，引脚vout上的限制电阻rext被设置在270ω。ic引脚vout上的电压为：
vout=vhvcc-35vf-vrext=133v-35×3.3v-30ma×270ω=9.4v
由于iled=30ma，rset值则为：
rset=2200v/30ma≈73kω
3.3.2 输入220vac±2%驱动78个led串联在一起的电路
一个220vac±3%的ac输入电压加在zd832的vac+和vac-引脚，在引脚hvcc上将产生一个286vdc的dc平均输出，驱动78个vf=3.3v（@if=30ma）串联在一起的led。ic引脚vsel悬空，将rext设置在270ω，rset=73kω。
3.3.3 220vac±2%输入带电容降压驱动40个led电路
图7为220vac±2%的ac输入经rc电路降压驱动40个串联在一起的led电路。连接在zd832输入引脚vac-上的cac为降压电容，rac为泄放电阻。在ac电源关断后，rac为cac放电提供通路。220vac±2%的ac电压约110vac，因此ic引脚vsel必须连接到hvcc。在ic引脚hvcc上的平均输出dc电压约150vdc，驱动40个vf=3.3v的led，不必附加限制电阻。
3.3.4 180~240vac输入驱动65个led电路
zd832输入180~240vac驱动由vf=3.3v（@30ma）的65个led组成的led串的电路如图8所示。ic引脚hvcc上的平均输出电压vhvcc=227~310vdc，经齐纳（稳压）二极管dz、电阻r1和晶体管q组成的线性稳压器调节后，输出电压为vo。当vhvcc=220vdc时，vo=219~230vdc。由于vout≤18v，故不必附加限制电阻。220v的齐纳二极管可选用3w的bzg03-c220-tr，npn晶体管q的bvceo≥300v，icm=1a，如2n3439、nte157/nte396等。
3.2 输出30ma驱动两串90个vf=3.15v（@15ma）led电路
图9所示电路的ac输入电压范围为180~240vac，经rac与cac降压网络后施加到zd832的vac+和vac-端，在ic引脚hvcc上的平均输出电压vhvcc=160~220vdc，输出电流由73kω的rset设置在30ma（±6%）。当vhvcc为150vdc时，通过150v的齐纳二极管和双极晶体管q，开始将vo调节到150~160vdc。90个3.15v的led分成两串，每串含有45个led，通过led的电流为15ma。齐纳二极管选用150v/3w的bzg03-c150-tr，q可选用300v、1a的nte157。
3.3 两个zd832并联输出8w驱动66个3.16v（@40ma）led电路
两个zd832可以并联应用，如图2所示。每个zd832的rset=110kω，输出电流为2200v/110kω=20ma，两个zd832并联后输出总电流为40ma。ac输入电压范围为200~240vac，所驱动的led串含有custom公司生产的66个vf=3.16v（@40ma）的led。
在图10中，若在两个zd832的引脚vac-上加一个rc网络（见图7和图9，rac=470kω，cac=1.5μf），选择rset=73kω，ic引脚vsel连接hvcc，并选用150v的齐纳二极管，在输入200~240vac时，则可以驱动42个vf=3.16v（@60ma）串联在一起的led。
由于zd832在85~125vac或180~240vac的供电线路上操作，可以驱动3~30ma（并联输出达60ma）的几十个乃至百余个串联在一起的led，故在普通照明、景观照明、建筑装饰照明、大屏幕显示背光照明等方面有着广泛的应用。zd832可以驱动各种形状因数（form-factor）的led灯泡，如图11所示。
4、结束语
zd832高压ac-dc恒流驱动器能够在85~240vac国际通用ac线路上操作，仅利用其引脚vsel来选择85~125vac或180~240vac输入电压。zd832在非并联应用时最大可编程输出恒流为30ma，可以驱动几十颗乃至超过100颗相串联的白光led或rgb led。利用带变化占空比的pwm信号或模拟dc电压可以获得调光控制，改变led阵列亮度。zd832还含有过热和过电压保护电路，保护内部功率晶体管免遭损坏。zd832的一个重要特点是仅需用几个元件，而且不需用变压器和电感器，也不必外加整流器，就这方面来说在目前是举世无双的。
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led在景观照明、建筑装饰照明和普通照明应用中，工频市电（110v/60hz、220v/50hz）和太阳能将是主流原始能源。就由交流市电电源供电的led驱动电路来说，目前主要有两种设计方案。一种方案是先利用工频变压器将ac电源降压，再利用桥式整流和滤波电路实现ac-dc转换，最后通过一个dc-dc恒流驱动器为led或led阵列供电；另一种方案是采用开关电源拓扑结构。这种方案是先利用桥式整流和滤波电路完成ac-dc转换，再利用一个dc-dc开关变换器输出恒流来驱动led或led阵列。传统开关电源的dc-dc开关转换器需使用一个高频变压器，目前一些led驱动器ic组成的dc-dc降压式（buck）开关变换器一般不使用高频变压器，而是使用一个电感器。由此可见，无论是采用哪一种方案，都需要使用桥式整流器、工频或高频变压器或电感器。变压器和电感器大而笨重，这对于led照明电源的小型化和轻量化要求来说是极为不利的。
zywyn公司推出的世界首款全球通用ac-dc恒流led驱动器zd832，采用高度集成的线性结构体系，无需外加变压器或电感器，也不需要外加桥式整流器，仅需用几个元器，就可以在85~125vac或180~240vac的交流电源上操作，驱动近百颗串联在一起的低功率白光或rgb led。zd832的输出电流达30ma，可由单个电阻来编程。其调光控制可以通过在引脚pwm上施加一个带变化占空比的pwm信号或在引脚iset上施加一个模拟dc电压来实现。zd832含有过温度和过电压保护电路，十分坚固耐用，而且在应用中不存在emi问题。
2、zd832引脚功能及其操作
2.1 zd832引脚功能
为了正确使用zd832，首先要了解其引脚功能。zd832采用20引脚tsspo无铅绿色封装，引脚排列如图1所示。
zd832各个引脚功能见表1。
表1 zd832引脚功能
2.2 zd832操作描述
2.2.1 输入操作
（1）ac输入电压及其选择
在zd832引脚vac+和vac-上的ac输入电压范围为85~240vac。当ic引脚vsel连接到hvcc（16引脚）时，输入电压为85~125vac；当ic引脚vsel悬空时，ic可以在180~240vac的电压上操作。
（2）高压dc输入
当在ic的引脚vac+和vac-上没有ac电压施加时，在ic引脚hvcc上可以施加一个范围为85~340vdc的直流高压来直接驱动led串。为减小可能出现的电压纹波，在引脚hvcc上应连接一个1μf//400vdc的电容到pgnd端。
（3）调光信号输入
1）led pwm调光
在ic引脚pwm上施加一个50hz~5khz的输入pwm信号，可以对输出上的led串进行调光，并且调光与pwm占空因数成正比，调光范围从10%到90%。
当pwm信号在引脚pwm上为逻辑“0”时，ic则进入关闭模式；当pwm信号为逻辑“1”（≥2v）时，ic则完全开通。逻辑低电平电压典型值是0.2v。
2）模拟电压调光
用一个0~1.25的dc电压通过一个电阻rset加至ic的引脚iset，可以调节led的电流，实现线性模拟调光。如图2所示。当dc电压为0v时，相当于rset接地，led电流在rset的设置值上，亮度最大（100%）。随dc电压从0v逐渐增加到1.25v，led电流则相应减小，亮度从强到弱变化。
2.2.2 输出操作
（1）整流dc高压输出
在zd832引脚hvcc上的dc输出电压范围为85~340vdc，可以驱动几十个乃至百多个串联在一起的led。为减小ic引脚hvcc上整流输出电压纹波，在引脚hvcc上应连接一个至少是10μf的退耦电容到pgnd端。ic输出平均dc电压vhvcc值与ac输入电压、输出电容cout和led电流iled值有关，图3所示为在220vac输入和不同输入电容cout及iled时的vhvcc值。
（2）led电流设置
led电流iled由ic引脚iset上与pgnd之间连接的单个电阻rset来设置，计算公式为：
ileg=2200v/rset
rset的取值范围为73kω，故iled值范围为3~30ma。led电流iled与设置电阻rset之间的关系如图4所示。
（3）ic引脚vout上的限制电阻rext
ic引脚vout上的电压范围一般为3~30v，led串通常连接在ic引脚hvcc与vout之间，led电流从引脚vout灌入。为防止ic内部功率晶体管功率耗散过大，并保持vout《30v，在很多情况下需要在ic引脚vout外部连接一个限制电阻rext（见图5和图6等）。
若串联led数量为n，每个led的正向电压降是vf，ic引脚hvcc上的dc输出电压为vhvcc，引脚vout上的电压为vout（设置其≥7v），rext值则为：
rext=（vhvcc-n？vf-vout）/iled
rext的额定功率为：prext=（iled）2？rext
设vf=3.3v（@iled=30ma），cout=10μf，在不同ac输入电压时的设计数据如表2所示。
表2 不同ac输入电压时的相关设计数据
3、zd832驱动led串的电路实例
3.1 输出30ma的电流驱动vf为3.3v的led组成的led串电路
3.3.1 输入110vac±3%驱动35个led串联在一起的电路。
图5所示为zd832输入110±3%驱动35个led串联在一起的电路。在输入端（引脚vac+）上串联的1kω/0.5w的ntc热敏电阻，用作限制驱动器在启动时的浪涌电流。当浪涌电流通过后进入稳态操作时，热敏电阻的电阻值因温度升高降至约100ω。根据热敏电阻的热敏特性，ac电源接通与关断之间的持续时间应大于2~3s。由于ac输入电压是110vac，ic引脚vsel必须连接到hvcc。在ic引脚hvcc上的输出dc电压为133vdc，引脚vout上的限制电阻rext被设置在270ω。ic引脚vout上的电压为：
vout=vhvcc-35vf-vrext=133v-35×3.3v-30ma×270ω=9.4v
由于iled=30ma，rset值则为：
rset=2200v/30ma≈73kω
3.3.2 输入220vac±2%驱动78个led串联在一起的电路
一个220vac±3%的ac输入电压加在zd832的vac+和vac-引脚，在引脚hvcc上将产生一个286vdc的dc平均输出，驱动78个vf=3.3v（@if=30ma）串联在一起的led。ic引脚vsel悬空，将rext设置在270ω，rset=73kω。
3.3.3 220vac±2%输入带电容降压驱动40个led电路
图7为220vac±2%的ac输入经rc电路降压驱动40个串联在一起的led电路。连接在zd832输入引脚vac-上的cac为降压电容，rac为泄放电阻。在ac电源关断后，rac为cac放电提供通路。220vac±2%的ac电压约110vac，因此ic引脚vsel必须连接到hvcc。在ic引脚hvcc上的平均输出dc电压约150vdc，驱动40个vf=3.3v的led，不必附加限制电阻。
3.3.4 180~240vac输入驱动65个led电路
zd832输入180~240vac驱动由vf=3.3v（@30ma）的65个led组成的led串的电路如图8所示。ic引脚hvcc上的平均输出电压vhvcc=227~310vdc，经齐纳（稳压）二极管dz、电阻r1和晶体管q组成的线性稳压器调节后，输出电压为vo。当vhvcc=220vdc时，vo=219~230vdc。由于vout≤18v，故不必附加限制电阻。220v的齐纳二极管可选用3w的bzg03-c220-tr，npn晶体管q的bvceo≥300v，icm=1a，如2n3439、nte157/nte396等。
3.2 输出30ma驱动两串90个vf=3.15v（@15ma）led电路
图9所示电路的ac输入电压范围为180~240vac，经rac与cac降压网络后施加到zd832的vac+和vac-端，在ic引脚hvcc上的平均输出电压vhvcc=160~220vdc，输出电流由73kω的rset设置在30ma（±6%）。当vhvcc为150vdc时，通过150v的齐纳二极管和双极晶体管q，开始将vo调节到150~160vdc。90个3.15v的led分成两串，每串含有45个led，通过led的电流为15ma。齐纳二极管选用150v/3w的bzg03-c150-tr，q可选用300v、1a的nte157。
3.3 两个zd832并联输出8w驱动66个3.16v（@40ma）led电路
两个zd832可以并联应用，如图2所示。每个zd832的rset=110kω，输出电流为2200v/110kω=20ma，两个zd832并联后输出总电流为40ma。ac输入电压范围为200~240vac，所驱动的led串含有custom公司生产的66个vf=3.16v（@40ma）的led。
在图10中，若在两个zd832的引脚vac-上加一个rc网络（见图7和图9，rac=470kω，cac=1.5μf），选择rset=73kω，ic引脚vsel连接hvcc，并选用150v的齐纳二极管，在输入200~240vac时，则可以驱动42个vf=3.16v（@60ma）串联在一起的led。
由于zd832在85~125vac或180~240vac的供电线路上操作，可以驱动3~30ma（并联输出达60ma）的几十个乃至百余个串联在一起的led，故在普通照明、景观照明、建筑装饰照明、大屏幕显示背光照明等方面有着广泛的应用。zd832可以驱动各种形状因数（form-factor）的led灯泡，如图11所示。
4、结束语
zd832高压ac-dc恒流驱动器能够在85~240vac国际通用ac线路上操作，仅利用其引脚vsel来选择85~125vac或180~240vac输入电压。zd832在非并联应用时最大可编程输出恒流为30ma，可以驱动几十颗乃至超过100颗相串联的白光led或rgb led。利用带变化占空比的pwm信号或模拟dc电压可以获得调光控制，改变led阵列亮度。zd832还含有过热和过电压保护电路，保护内部功率晶体管免遭损坏。zd832的一个重要特点是仅需用几个元件，而且不需用变压器和电感器，也不必外加整流器，就这方面来说在目前是举世无双的。
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