FM2309非隔离降压型有源PFC LED驱动IC.docx
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FM2309非隔离降压型有源PFCLED驱动IC
概述
FM2309是一款带有源功率因数校正的高精度降压型LED恒流控制芯片，适用于85Vac-265Vac全范围输入电压的非隔离LED恒流电源。
这款控制器集成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总谐波失真。
由于工作在电感电流临界连续模式，功率MOS管处于零电流开通状态，开关损耗得以减小，同时变压器的利用率也较高。
FM2309采用专有的电流采样机制，可实现高精度输出恒流控制。
芯片采用了专利的源极驱动技术和内部快速充电电路，可以实现较低的原边驱动损耗，超快速的系统上电和LED启动。
FM2309采用专利的线电压补偿技术和负载电压补偿技术，可以达到优异的线电压调整率和负载调整率。
线电压补偿系数还可以通过外部元件灵活调整。
FM2309具有多重保护功能以加强系统可靠性，包括LED开路保护、LED短路保护、芯片供电过压保护、欠压保护、电流采样电阻开路和短路保护和逐周期限流等。
所有的保护状态都具有自动重启功能。
特点
Ø有源功率因数校正，高PF值，低THD
Ø高达95%的系统效率
Ø超快LED启动（<300ms@85Vac）
ر3%LED输出电流精度
Ø优异的线电压调整率和负载调整率
Ø电感电流临界连续模式
Ø源极驱动方式
Ø超低（20uA）启动电流
Ø超低（600uA）工作电流
ØFB反馈电阻值高，功耗低
ØLED短路/开路保护
Ø电流采样电阻短路/开路保护
Ø变压器饱和保护
Ø逐周期电流限流
Ø芯片供电过压/欠压保护
Ø自动重启功能
Ø封装形式：
SOP-8
产品应用
ØGU10/E27LED球泡灯、射灯
ØLEDPAR30、PAR38灯
ØLED日光灯
Ø其它LED照明
内部结构框图
引脚图及说明
序号
引脚名称
引脚说明
1
CS
电流采样端，采样电阻接在CS和GND端之间
2
GND
芯片地
3
COMP
环路补偿点
4
LN
线电压采样输入端
5
FB
反馈信号采样端
6
VCC
芯片电源
7
ST
芯片启动引脚，通过驱动电阻连接外部功率MOS管的栅极
8
OUT
脉冲输出端，接外部功率MOS管的源极
极限参数
参数
符号
范围
单位
电源电压
VCC
-0.3~22
V
电流采样端
CS
-0.3~6
V
环路补偿点
COMP
-0.3~6
V
线电压采样输入端
LN
-0.3~6
V
反馈信号采样端
FB
-0.3~6
V
ST引脚最大电源电流
IST_MAX
5
mA
外部功率MOS管的驱动端
OUT
-0.3~18
V
内部驱动功率管最大工作电流
IOUT
3
A
功耗（注2）
PDMAX
0.45
W
PN结到环境的热阻
θJA
145
℃/W
工作结温范围
TJ
-40~150
℃
储存温度范围
TSTG
-55~150
℃
ESD（注3）
2
KV
注1：
最大极限值是指超出该工作范围，芯片有可能损坏。
推荐工作范围是指在该范围内，器件功能正常，但并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参数规范。
对于未给定上下限值的参数，该规范不予保证其精度，但其典型值合理反映了器件性能。
注2：
温度升高最大功耗一定会减小，这也是由TJMAX,θJA,和环境温度TA所决定的。
最大允许功耗为：
PDMAX=（TJMAX-TA）/θJA或是极限范围给出的数字中比较低的那个值。
注3：
人体模型，100pF电容通过1.5KΩ电阻放电。
推荐工作范围
符号
参数
范围
单位
VCC
电源电压
11.5~17.5
V
电气参数
符号
参数
条件
最小值
典型值
最大值
单位
启动电压
VST_ON
VST启动电压
1mA,VCC=10V
16
17
18
V
VST_HYS
VST迟滞电压
VCC=14V
2
V
IST_ON
ST启动电流
VCC=10V
20
35
uA
IST_OP
ST工作电流
VCC=14V
35
60
uA
电源电压
VCC_ON
VCC启动电压
VCC上升
10
11
12
V
VCC_UVLO
VCC欠压保护阈值
VCC下降
5.2
5.8
6.5
V
VCC_HOLD
VCC维持电压
VCC下降
7
7.5
8
V
ICC_UVLO
VCC关断电流
VCC上升，VCC=10V
40
70
uA
IQ
VCC静态电流
无开关动作，VCC=14V
320
600
uA
ICC
VCC典型工作电流
FOP=60KHz
600
uA
VCC_OVP
VCC过压保护阈值
20
V
FB反馈
VFB_FALL
FB下降阈值电压
FB下降
0.4
V
VFB_HYS
FB迟滞电压
FB上升
0.6
V
VFB_OVP
FB过压保护阈值
5.5
V
TOFF_MIN
最小关断时间
4.0
us
TOFF_MAX
最大关断时间
150
us
电流采样
TLEB_CS
电流采样前沿消隐时间
350
ns
TDELAY
芯片关断延迟
180
ns
环路补偿
VREF
内部基准电压
0.588
0.600
0.612
V
VCOMP_LO
COMP下钳位电压
1.5
V
VCOMP
COMP线性工作范围
1.5
3.8
V
VCOMP_OVP
输出短路COMP检测阈值
4.5
V
线电压采样
VLN
LN线性工作范围
0
3
V
驱动级
RDS_ON
内部驱动MOS管导通电阻
VCC=14V
500
mΩ
注4：
典型参数值为25℃下测得的参数标准。
注5：
规格书的最小、最大规范范围由测试保证，典型值由设计、测试或统计分析保证。
典型应用线路
应用信息
FM2309是高精度有源功率因数校正的降压型LED恒流控制芯片。
由于工作在电感电流临界连续模式，芯片可以实现很高的功率因数、很低的总谐波失真和很高的系统效率。
启动
在系统上电后，母线电压通过启动电阻给ST引脚的电容充电，VCC电压会跟随ST引脚电压而上升。
FM2309采用了源极驱动和专利的内部充电电路，在不损失系统效率的情况下，VCC电压可以实现非常快速的上电。
当VCC电压上升到启动阈值电压后，FM2309开始输出脉冲信号，内部充电电路被关断，VCC电压由辅助绕组供电。
系统刚开始工作在7kHz开关频率，LED电流开始软启动，以防止电流过冲。
在85Vac情况下，即使采用1MΩ启动电阻，从系统上电到LED导通仅需要约200ms。
在正常工作时，如果连接输出端的LED数量特别少以至于输出电压特别低，导致辅助绕组无法给VCC供电，内部充电电路会重新开启给VCC供电，最后VCC会稳定在8V~10V。
这个功能可以使系统在很宽的LED数量范围内正常工作。
恒流控制，输出电流设置
FM2309采用了专有的电流采样机制，可以实现高精度输出恒流控制。
LED输出电流计算方法：
其中，VREF是内部基准电压
RCS是电流采样电阻的阻值。
反馈网络
FM2309通过FB来反馈电感电流过零的状态，FB的下降阈值电压设置在0.4V，迟滞电压为0.6V。
FB引脚也用来探测输出过压保护（OVP），阈值为5.5V。
FB的上下分压电阻比例可以设置为：
其中，RFBL是反馈网络的下分压电阻
RFBH是反馈网络的上分压电阻
VOVP是输出电压过压保护设定点
NP是变压器主级绕组的匝数
NA是变压器辅助绕组的匝数
为了提高系统效率，FB上分压电阻可以设置在300KΩ左右。
同时，改变此电阻值可以对LED输出电流进行线电压补偿微调。
保护功能
FM2309具有多重保护功能以加强系统可靠性。
当VCC电压升高到20V（OVP阈值）时，比如在LED开路情况下，会触发保护逻辑并锁死，系统停止开关工作。
当LED短路时，系统工作在7kHz低频，所以功耗很低。
同时，COMP引脚电压开始上升，当到达4.5V时，会触发保护逻辑并锁死，系统停止开关工作。
当有些异常的情况发生时，比如CS采样电阻短路或者变压器饱和，芯片内部的快速检测电路会触发保护逻辑并锁死，系统马上停止开关工作。
系统进入保护状态后，VCC电压开始下降，当VCC到达欠压保护阈值时，系统将重启。
同时系统不断的检测负载状态，如果故障解除，系统会重新开始正常工作。
PCB设计
在设计FM2309PCB板时，需要注意以下事项：
1、旁路电容：
ST和VCC引脚的旁路电容需要紧靠各自的芯片引脚。
2、地线：
电流采样电阻的功率地线尽可能短，且要和芯片的地线及其它小信号的地线分头接到母线电容的地端。
3、功率环路的面积：
减小大电流环路的面积，如变压器主级、功率管及吸收网络的环路面积，以及变压器次级、次级二极管、输出电容的环路面积，以减小EMI辐射。
4、FB引脚：
接到FB的分压电阻必须靠近FB引脚，且节点要远离变压器的动点。
PCB图
正面
背面
BOM表及变压器规格
ØBOM表
序号
元件名称
型号&规格
单位
用量
位置
1
贴片电阻
1M12065%
PCS
2
R1a、R1b
2
贴片电阻
750K12065%
PCS
2
R2a、R2b
3
贴片电阻
750K12065%
PCS
2
R4a、R4b
4
贴片电阻
510K08055%
PCS
1
R5
5
贴片电阻
200K08055%
PCS
1
R6
6
贴片电阻
330R08055%
PCS
1
R7
7
贴片电阻
22R08055%
PCS
1
R8
8
贴片电阻
3.0R12065%
PCS
2
R9a、R9b
9
贴片电阻
20K08055%
PCS
1
R10
10
贴片电容
105pF/16V080510%
PCS
1
C3
11
贴片电容
102pF/16V080510%
PCS
1
C4
12
贴片电容
4.7uF/16V080510%
PCS
1
C5
13
贴片电容
223pF/16V080510%
PCS
1
C6
14
贴片电容
224pF/16V080510%
PCS
1
C7
15
贴片二极管
M7DO-214AC
PCS
4
D1-D4
16
贴片二极管
IN4148LL-34
PCS
1
D6
17
贴片二极管
RS1MDO-214AC
PCS
1
D7
18
贴片IC
FM2309SOP-8
PCS
1
IC1
19
聚酯膜电容
104J/450V
PCS
1
C1
20
电解电容
150uF/100V10*2020%
PCS
1
C2
21
X1安规电容
0.15uF/275V
PCS
1
CX1
22
碳膜电阻
100K1/4W5%
PCS
1
R3
23
压敏电阻
7D/471
PCS
1
VR1
24
二极管
HER208DO-15
PCS
1
D5
25
MOS管
2N60TO-252
PCS
1
Q1
26
保险管
1A/250V
PCS
1
FR1
27
共模电感
EE12-30mH
PCS
1
T1
28
变压器
FM2309-EPC13/0.65mH
PCS
1
T2
29
AC电子线
¢1.5*40mm红色
PCS
2
AC
30
DC电子线
¢1.5*40mm红色
PCS
1
LED+
31
DC电子线
¢1.5*40mm黑色
PCS
1
LED-
Ø变压器规格
结构图：
骨架类型
PIN数目
针距
排距
备注
EPC13、PC40
5+5
2.5mm
10.5mm
原理图：
绕制要求：
绕组
绕制要求
匝数
圈数*根数
N1初级
从Pin4起到Pin10收、密绕
155Ts
Ø0.25*1P
N3次级
从Pin6起到Pin1收、密绕
33Ts
Ø0.16*1P
备注：
1、PIN2、3、5、7、8、9OUT；
2、线包包黄色玛拉胶纸，绕线时请注意绕线方向，避免绕组起收脚交叉，绕线必须平整；
3、磁芯加气隙，真空锓油，烤箱烘干，另变压器骨架上需贴上名称和供应商标签以方便区分
电气要求：
1、电感量：
Lp（N1）0.65mH±10%；
2、漏感量：
Ls（N1）≦33uH；
3、耐压：
PRI（初级N1）---SEC（次级N3）3000VAC/5ma/60s
PRI（初级N1）/SEC（次级N3）---CORE磁芯1500VAC/5ma/60s
封装信息
符号
毫米
英寸
最小
最大
最小
最大
A
1.350
1.750
0.053
0.069
A1
0.100
0.250
0.004
0.010
A2
1.350
1.550
0.053
0.06
b
0.330
0.510
0.013
0.020
c
0.170
0.250
0.006
0.010
D
4.700
5.100
0.185
0.200
E
3.800
4.000
0.150
0.157
E1
5.800
6.200
0.228
0.244
e
1.270（BSC）
0.050（BSC）
L
0.400
1.270
0.016
0.050
θ
0°
8°
0°
8°
仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。
Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.
NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.
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