【应用】欧创芯基于LED恒流控制器OC5031的LED恒流应用方案

欧创芯公司推出的OC5031是一款支持宽输入电压的LED恒流控制器；芯片驱动能力强，支持DIM引脚进行PWM调光，外扩驱动时，可选择合适的MOS管和输入电容。

a) 芯片输入电容的选择：

输入电容为芯片提供瞬态大电流，去掉或者使用RMS 电流不足的电容会出现芯片工作不正常，甚至损坏芯片，在输出满载的情况下，开关冲击可能直接击穿电源模块，输入电容可使用插件电解电容、贴片铝电解电容、胆电容、固态电容等材质电容，同时输入电容的ESR 最小RMS 电流需要满足IRMS＞0.3*0.22/Rcs，由于贴片陶瓷电容的RMS 电流较小，所以不建议输入电容只使用贴片陶瓷电容，不加电解电容，可能在输入频繁冲击时会损坏芯片。

AC输入的情况下输入电容的容量需要增大，满足容量30-50uF/W 的要求。保证在AC输入情况下，整流后的波谷电压值可满足正常工作电压要求，同时电容容量增大，可保证输出LED 灯珠上的纹波和进入到芯片VIN 脚的纹波大小，也对系统的稳定性有很好改善效果。输入VIN 脚需要并联0.1~1uF 的旁路高频去耦瓷片电容，有利于系统的稳定性。

b) 芯片外扩驱动时，MOS 管的选择：

从OC5031 系列的规格书中可知，OC5031 的LDO 输出口电压为5.5V，由于MOS 管在导通时的内阻和Vgs 电压有关系，而OC5031 系列中MOS 管的驱动电压Vgs=VCC 电压，为了保证能使MOS 在导通过程中，导通内阻小，MOS 管的损耗小，达到提高效率，建议使用外扩的MOS 管选择VGS(th)-MAX＜2.5V，且Ciss＜2200pF 参数的MOS 管。

c) 续流二极管的选择：

为了保证模块的转换效率和性能，二极管应该选择超快恢复时间、低正向导通压降、低高温漏电流的肖特基二极管，并且二极管的电流和电压有一定的余量。

2) 芯片极限参数说明

   a） 芯片采用CMOS 工艺，5V 为标准VCC 引脚电压，极限值为7V 电压。Vin 极限耐压为40V；

   b） VCC 为LDO 的输出口，极限输出电流为5mA，可给单片机供电，但是单片机的工作电流需要小于5mA；

   c） 芯片极限焊接温度为240℃（时间小于30S）。

3) 如何使用DIM 引脚进行PWM 调光

在LED 恒流方案中，经常会有PWM 的需要，调节LED 灯的亮度或者颜色而PWM 调光信号的频率，在使用中需要注意。

   a) PWM 的信号在接传输到DIM 引脚，由于芯片内部运放、检测和驱动需要建立时间，所以在MCU 发出PWM 信号，到DIM 接收到信号并且芯片做出相应的比例调节时，有一定的延迟时间，而这段延迟时间可能会造成PWM 调节比例上的差别，PWM 信号的频率越高，延迟时间相对在开关工作周期内占的比重会越大，正常调光信号对应的输出电流比例应为1:1 的比例关系。为保证调光的线性度和调光比，需要满足FDRV：FPWM＞50:1，假设芯片DRV 的工作频率为100K，PWM 信号频率为1K，100:1＞50:1 满足条件，这样在PWM 信号为高时，50%占空比，芯片有50 个完整的开关周期，这样，才能保证输出电流比例和PWM 占空比信号比例保持基本一致，和上图会基本吻合，默认调光频率设置在200Hz-5KHz。

   b) 通常PWM 调光的接线电路：

  ①  OC5031 的DIM 引脚内部并无上拉。因此，对于使用MCU 一类的驱动IC，由于MCU 在上电瞬间会有一个持续达数ms 的上电复位时期，而此时I/O 口通常处于不确定的悬浮态。由于OC5031 只需要＞2.5V 即判断为高电平，因而当I/O 口处于不确定态时，特别需要一个下拉或上拉，来确保OC5031 在这段时间确定工作在某个状态。否则，在那些Vin 输入电压特别高的情形下，容易因为数ms 时间的不确定态，烧毁LED 灯串。因而，在使用MCU 调光时，我们不建议客户使用如下电路：

  ②  关于PWM 信号的串联限流电阻器R1。一般情况下，该电阻器R1 是不需要的。特别是很多MCU 与OC5031 是接近电压值，甚至是同一个电压供电的情况下（譬如共同由某个LDO 输出的5.5V）。但是在某些情况下，这需要增加串联电阻器。当MCU 采用比OC5031 更高的供电电压时，这就需要使用R1 串联限流电阻器。由于OC5031的DIM 引脚是一个高阻抗输入引脚，并不会吸入大电流。但是，一般来说，芯片内部引脚对VCC 均会有个反向的ESD 二极管，若芯片VCC 除外的其他引脚电压超过VCC 达到0.3V 以上，则内部ESD 二极管会导通，继而损坏芯片内部电路，造成不可逆的损伤。所以在使用过程中，若PWM 信号电压高电平电压超过VCC 时，为保证OC5031 稳定工作。为此，需要串入一个1K-4.7kΩ的R1 来避免此问题。芯片DIM 电压在2.5V 以上达到全亮电流Io=0.2/Rcs，在0.3V 以内输出为低，关闭输出电流。

4)  如何使用DIM 引脚进行线性模拟调光：

新版本的 OC5031 系列在老版本的基础上DIM 脚增加了线性调光功能，DIM 脚支持的线性调光电压范围为0.5-2.5V，即DIM 脚需要达到0.5V 才会启动，启动后可迟滞到0.3V 关闭，在2.5V 时输出电流达到最大，2.5V 以上保持最大亮度输出。如下图DIM 脚电压对应的输出电流比例如下，客户可根据要求的低亮度对应的电流，来选择DIM 脚的电压：输出100%电流计算：Io=0.2/Rcs，在加入DIM 电压进行线性调光后：输出电流o= 0.2 *cs 2.5DIM I VR(0.5V≤ DIM V ≤2.5)，在2.5V＜VDIM≤VCC 范围时，输出电流为100%根据DIM 线性调光功能，我们可衍生出如下电路进行灯具的高低亮度调整：

A. 如下图使用可调电阻调光，可调电阻型号为B50K(电阻可调范围0-50K)，要使电阻在可调的变化范围内实现亮度的变化，图中C3 为VIN 旁路电容，Z1 为提供DIM 分压的基准5.1V 稳压管，如果成本允许的情况下，使用TL431 这样的基准来对DIM 脚进行分压，这样在DIM 进行线性调光时的输出电流会更加准确，精度会高。

C4 为DIM 脚的旁路电容，防止输入源进入的干扰信号，或者空间辐射带入的干扰信号，使用B50K 可调电阻器调光时，最大电阻值应达到最大亮度，即DIM 电压达到2.5V。按参数计算VDIM=5.1*R9/(R8+R9)=5.1*50/(50+52)=2.5V，所以在上拉使用52K 电阻时，在可调电阻调到最大值时，输出电流达到最大。当使用52K 上拉电阻时，当电阻扭到R9=52K*0.5V/（5.1-0.5）V=5.6K，对应输出电流比例为5%，即可调电阻阻值达到5.6K 以上，灯珠才会有电流输出。

B. 使用DIM 脚进行远近光调光，接高灯为全亮，接低灯为50%的输出电流，也可通过DIM 脚已有的线性电压调光功能实现。

接VL+和GND 时，DIM 脚通过R8 R9 进行分压，得到50%的输出电流；

接VH+和GND 时，DIM 脚通过R10 电阻值被拉高，超过了2.5V，所以输出得到100%的输出电流。

此电路中的R9 若改为热敏电阻，可以用作主动温度保护控制，用户可自定义过温点。(芯片本身自带的过温保护点为140℃)

如下图的改进后的电路，可两组灯珠实现远近光灯切换。

接VL+和GND 时，Q2 关闭，只亮L+,L-这路灯，且DIM 脚通过R8 R9 进行分压，得到50%的输出电流(R8=29K,R9=10K)；接VH+和GND 时，Q2 的GS 极电压被拉高，Q1 导通，两路灯同时亮，输出电流为100%；

OC5031系列在上电后，VIN 达到5.5V 电压，DRV 驱动打开MOS 管，CS 引脚检测CS 电阻上的电压，电感电流线性增大，CS电阻上的电压也线性往上增，在CS电压达到0.22V 的电压时，DRV 关闭MOS管，此MOS 开的回路如图上图①红色回路，在MOS 管关闭后，电感释放电流经过续流二极管D1/D2/D3，经过LED 灯珠，续流回路图上图②粉红色回路，此两个为的主功率回路。