BP3126電路圖詳解

BP3126是一款高性能、高精度的降壓型LED恒流驅(qū)動芯片，廣泛應(yīng)用于各種非隔離式LED照明領(lǐng)域，如LED球泡燈、射燈、筒燈、平板燈等。它以其簡潔的外圍電路、優(yōu)異的恒流精度、高效率以及完善的保護功能而受到工程師的青睞。本節(jié)將深入探討B(tài)P3126芯片的工作原理、典型應(yīng)用電路、關(guān)鍵參數(shù)以及設(shè)計考量。

1. BP3126芯片概述

BP3126是上海晶豐明源（BPSemicon）推出的一款高壓線性恒流LED驅(qū)動芯片。它采用專有的恒流控制技術(shù)，在交流85V至265V全電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)高精度的恒流輸出，通常恒流精度可達到±3%以內(nèi)。該芯片內(nèi)部集成了高壓功率MOSFET，進一步簡化了外圍電路設(shè)計，降低了系統(tǒng)成本并提高了可靠性。其主要特點包括：

• 高集成度： 內(nèi)部集成高壓MOSFET，無需外部MOSFET，簡化了PCB布局。

• 高精度恒流： 采用專有的恒流控制技術(shù)，實現(xiàn)高精度LED電流輸出。

• 優(yōu)異的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率： 確保在寬輸入電壓和負載變化范圍內(nèi)電流穩(wěn)定性。

• 完善的保護功能： 包括過溫保護（OTP）、LED開路保護、LED短路保護等，提高了系統(tǒng)可靠性。

• 無電解電容設(shè)計： 多數(shù)應(yīng)用場景可實現(xiàn)無電解電容設(shè)計，延長了電源壽命。

• 封裝小巧： 通常采用SOP8封裝，便于小型化設(shè)計。

這些特性使得BP3126成為中低功率LED照明驅(qū)動的理想選擇。

2. BP3126典型應(yīng)用電路

BP3126的典型應(yīng)用電路通常非常簡潔，主要由少數(shù)幾個外部元件構(gòu)成，包括輸入整流橋、電感、續(xù)流二極管、輸出電容以及少數(shù)幾個電阻。以下是其基本工作原理和電路構(gòu)成：

2.1 電路組成

一個典型的BP3126非隔離降壓恒流LED驅(qū)動電路通常包括以下幾個部分：

• 輸入整流濾波部分： 由整流橋（如MB6F）和輸入濾波電容C_in（可選，用于EMI抑制和改善PF）組成，將交流市電轉(zhuǎn)換為脈動直流電壓。

• 降壓轉(zhuǎn)換器核心： 由BP3126芯片、電感L、續(xù)流二極管D_f組成。BP3126內(nèi)部的MOSFET開關(guān)管周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷，通過電感儲能和釋放能量，實現(xiàn)降壓功能。

• 恒流采樣與反饋部分： 通常由一個或多個取樣電阻R_CS（電流檢測電阻）連接在LED串的低端與BP3126的CS引腳之間，用于實時檢測流過LED的電流。BP3126根據(jù)CS引腳的電壓反饋來調(diào)節(jié)內(nèi)部開關(guān)管的占空比，從而維持LED電流恒定。

• 輸出濾波部分： 由輸出電容C_out組成，用于平滑輸出電壓和電流，減小LED電流紋波。在某些低紋波要求的應(yīng)用中，可能需要較大的輸出電容，甚至可以使用電解電容，但BP3126的設(shè)計允許在一定紋波范圍內(nèi)實現(xiàn)無電解電容方案。

• 保護和啟動部分： BP3126內(nèi)部集成了啟動電路和各種保護機制，通常無需額外的外部元件。

2.2 工作原理

BP3126的工作原理基于固定關(guān)斷時間（Constant Off-Time, COT）或準諧振（Quasi-Resonant, QR）控制模式，具體取決于芯片型號和設(shè)計優(yōu)化。這里以常見的COT模式為例進行解釋：

1. 啟動階段： 當交流市電經(jīng)過整流后施加到BP3126的VDD引腳時，芯片內(nèi)部的啟動電路開始工作，為內(nèi)部控制電路供電。

2. MOSFET導(dǎo)通（On-Time）： 一旦VDD電壓達到啟動閾值，芯片內(nèi)部的功率MOSFET導(dǎo)通。此時，輸入電壓通過MOSFET和電感L向電感充電，電感電流線性上升。同時，電流流過LED串并點亮LED。

3. 電流采樣與比較： 流過LED的電流通過取樣電阻R_CS產(chǎn)生一個電壓信號，這個電壓信號被送到BP3126的CS引腳。芯片內(nèi)部的恒流環(huán)路會將CS引腳的電壓與一個內(nèi)部設(shè)定的基準電壓（通常為恒定的幾十到幾百毫伏，例如0.2V）進行比較。

4. MOSFET關(guān)斷（Off-Time）： 當CS引腳電壓達到內(nèi)部設(shè)定的閾值時，或者在COT模式下，達到預(yù)設(shè)的導(dǎo)通時間后，內(nèi)部的功率MOSFET關(guān)斷。此時，電感兩端的電壓反向，電感中儲存的能量通過續(xù)流二極管D_f向LED串和輸出電容C_out放電，電流繼續(xù)流過LED。電感電流線性下降。

5. 循環(huán)往復(fù)： 當電感電流下降到一定程度（或在一個固定的關(guān)斷時間后），MOSFET再次導(dǎo)通，進入下一個開關(guān)周期。通過精確控制MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，BP3126能夠維持流過LED的平均電流恒定。

恒流原理： BP3126通過內(nèi)部精密的恒流環(huán)路來維持LED電流的穩(wěn)定。芯片會實時監(jiān)測流過LED串的電流，并將其與內(nèi)部設(shè)定的參考電流進行比較。當檢測到的電流偏離目標值時，芯片會通過調(diào)整MOSFET的開關(guān)周期（主要是導(dǎo)通時間）來使電流回到設(shè)定值。例如，如果LED電流偏高，芯片會縮短MOSFET的導(dǎo)通時間；如果LED電流偏低，芯片會延長導(dǎo)通時間。這種閉環(huán)控制確保了高精度的恒流輸出。

3. 關(guān)鍵參數(shù)與計算

理解BP3126的關(guān)鍵參數(shù)對于設(shè)計高質(zhì)量的LED驅(qū)動電源至關(guān)重要。

3.1 輸出電流設(shè)定

BP3126的輸出恒流值主要由外部的電流檢測電阻R_CS決定。通常，芯片內(nèi)部會有一個固定的恒流參考電壓V_CS（例如0.2V）。則LED的恒流輸出I_LED可以通過以下公式計算：

ILED=VCS/RCS

例如，如果VCS=0.2V，要實現(xiàn)200mA的輸出電流，則RCS=0.2V/0.2A=1Ω。設(shè)計師需要根據(jù)所需的LED電流來精確選擇$R_{CS}$的阻值，并選用低溫度系數(shù)、高精度的電阻，以保證電流的穩(wěn)定性。

3.2 電感選擇

電感L是降壓型轉(zhuǎn)換器中關(guān)鍵的儲能元件。其選擇主要考慮以下幾個方面：

• 電感量： 電感量的選擇影響到電感電流紋波和芯片的工作模式。通常，電感量過小會導(dǎo)致電流紋波過大，增加LED閃爍感；電感量過大會增加電感的體積和成本。BP3126的數(shù)據(jù)手冊會給出推薦的電感量范圍，通常在幾百微亨到幾毫亨之間。電感量的計算通常涉及輸入電壓、輸出電壓、開關(guān)頻率以及允許的電流紋波比。

• 飽和電流： 電感的飽和電流必須大于峰值電感電流，以避免電感飽和導(dǎo)致電感量驟降，影響芯片正常工作甚至損壞。峰值電感電流通常是平均輸出電流的1.2到1.5倍，具體取決于紋波電流的大小。

• 直流電阻（DCR）： DCR越小，電感損耗越小，效率越高。

3.3 輸出電容選擇

輸出電容C_out用于平滑輸出電流，減小LED電流紋波。其容量選擇取決于允許的電流紋波大小和LED的驅(qū)動特性。

• 紋波要求： 對于要求低紋波的應(yīng)用，需要較大的輸出電容。例如，對于照明應(yīng)用，通常要求電流紋波低于30%。

• 壽命考量： BP3126支持無電解電容設(shè)計，可以顯著提高電源壽命。如果必須使用電解電容，應(yīng)選擇高品質(zhì)、長壽命的電解電容。如果采用陶瓷電容，容量通常要比電解電容小很多，但壽命長且ESR極低。

3.4 續(xù)流二極管選擇

續(xù)流二極管D_f通常選擇肖特基二極管（Schottky Diode），因為它具有較低的正向壓降和快速的恢復(fù)時間，可以有效降低損耗并提高效率。其主要參數(shù)包括：

• 反向耐壓（VRRM）： 必須大于最大輸入電壓的峰值加上輸出電壓。

• 正向電流（IF）： 必須大于最大輸出電流。

4. 設(shè)計注意事項與優(yōu)化

4.1 PCB布局

良好的PCB布局對于BP3126電路的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

• 大電流回路： 輸入側(cè)（整流橋、C_in、BP3126的VIN/SW引腳）和輸出側(cè)（SW引腳、電感、續(xù)流二極管、輸出電容、LED串）的大電流回路應(yīng)盡可能短而寬，以減小寄生電感和電阻，降低EMI和損耗。

• CS引腳布線： CS引腳是電流采樣端，對噪聲敏感。其布線應(yīng)遠離大電流回路和噪聲源，盡量采用差分走線或單點接地，以確保采樣信號的準確性。

• 散熱： BP3126內(nèi)部集成了功率MOSFET，在大功率應(yīng)用中會產(chǎn)生一定的熱量。PCB布局時應(yīng)留有足夠的銅箔面積作為散熱片，或者在必要時增加散熱器，確保芯片在工作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。

4.2 EMI與PF抑制

雖然BP3126本身不直接提供PFC（功率因數(shù)校正）功能，但通過合理設(shè)計，可以改善系統(tǒng)的EMI和PF表現(xiàn)：

• EMI抑制：

• 共模電感和X電容： 在交流輸入端加入共模電感和X電容可以有效抑制共模和差模噪聲。

• Y電容： 在某些情況下，可能需要在輸入和輸出之間加入Y電容來抑制共模噪聲，但要注意安規(guī)要求。

• π型濾波： 輸入端采用L-C-L或C-L-C的π型濾波網(wǎng)絡(luò)，可以有效衰減高頻噪聲。

• 合理布局： 減小電流環(huán)路面積、避免交叉走線、良好的接地設(shè)計都有助于降低EMI。

• PF改善： BP3126屬于非隔離降壓拓撲，其功率因數(shù)通常不是很高，但對于非隔離方案來說，通常已經(jīng)能滿足大部分照明應(yīng)用的要求。如果對PF有更高要求，可能需要考慮更高階的PFC拓撲，但這會增加成本和復(fù)雜性。對于BP3126這類芯片，可以通過輸入端的小容量電容（如幾百pF或幾nF的薄膜電容）來適度改善PF，但效果有限。

4.3 保護功能

BP3126通常集成了完善的保護功能，提高了電源的可靠性：

• 過溫保護（OTP）： 當芯片內(nèi)部溫度超過預(yù)設(shè)閾值時，芯片會進入保護狀態(tài)，停止開關(guān)，從而避免芯片過熱損壞。當溫度下降后，芯片會自動恢復(fù)工作。

• LED開路保護： 當LED串斷開時，BP3126會檢測到輸出電壓異常升高，從而進入保護狀態(tài)，防止輸出電壓過高損壞其他元件或造成安全隱患。

• LED短路保護： 當LED串發(fā)生短路時，輸出電壓接近于零。BP3126會限制輸出電流，避免過流損壞芯片或電源。

在實際設(shè)計中，應(yīng)充分利用這些內(nèi)置保護功能，并進行相應(yīng)的測試驗證，確保其在各種異常情況下都能正常工作。

4.4 紋波抑制

對于照明產(chǎn)品，輸出電流紋波是衡量光質(zhì)量的重要指標。過高的紋波會導(dǎo)致LED閃爍，影響用戶體驗。

• 輸出電容的選擇： 如前所述，增大輸出電容C_out可以有效降低電流紋波。

• 電感紋波： 合理選擇電感量，避免電感電流紋波過大。

• 高頻紋波： 可以通過在輸出端并聯(lián)小容量的陶瓷電容來抑制高頻紋波。

5. BP3126系列芯片的型號差異

BP3126通常是一個系列號，內(nèi)部可能包含多個具體型號，例如BP3126B、BP3126D等。這些型號之間可能存在細微的差異，主要體現(xiàn)在：

• 最大輸出電流能力： 不同型號可能支持不同的最大輸出電流。

• 恒流精度： 某些型號可能具有更高的恒流精度。

• 封裝形式： 雖然SOP8是常見封裝，但某些特殊應(yīng)用可能需要其他封裝。

• 內(nèi)部參考電壓： 恒流參考電壓V_CS可能略有不同，需要查閱具體型號的數(shù)據(jù)手冊。

• 啟動方式或保護閾值： 可能存在微小的調(diào)整。

因此，在進行具體設(shè)計時，務(wù)必仔細查閱所選BP3126型號的官方數(shù)據(jù)手冊，以獲取最準確的電氣特性、典型應(yīng)用電路、封裝信息和設(shè)計指導(dǎo)。數(shù)據(jù)手冊是電路設(shè)計的核心參考資料。

6. 市場應(yīng)用與發(fā)展趨勢

BP3126系列芯片憑借其成本效益、高性能和高集成度，在非隔離式LED照明市場占據(jù)了重要地位。它廣泛應(yīng)用于以下產(chǎn)品：

• LED球泡燈/蠟燭燈： 替換傳統(tǒng)白熾燈的經(jīng)濟型解決方案。

• LED射燈/筒燈： 商用和家居照明中常見的定向照明。

• LED吸頂燈/平板燈： 對成本和尺寸有較高要求的室內(nèi)照明。

• 其他小功率LED驅(qū)動： 例如LED燈條、顯示屏背光等。

隨著LED照明技術(shù)的不斷發(fā)展，驅(qū)動芯片也面臨著更高的要求：

• 更高的效率： 降低能耗，減少散熱需求。

• 更低的待機功耗： 符合能效標準。

• 更小的體積： 以適應(yīng)更緊湊的燈具設(shè)計。

• 更低的成本： 推動LED照明的普及。

• 更智能的功能： 例如PWM調(diào)光、0-10V調(diào)光、色溫可調(diào)等。

BP3126作為一款成熟的恒流驅(qū)動芯片，在滿足基本照明需求方面表現(xiàn)出色。對于需要更復(fù)雜功能或更高功率的應(yīng)用，晶豐明源及其他廠商也提供了更為先進的芯片解決方案。

總結(jié)：

BP3126是一款性能優(yōu)異、應(yīng)用廣泛的非隔離降壓型LED恒流驅(qū)動芯片。其簡潔的電路、高精度恒流、高效率和完善的保護功能使其成為中低功率LED照明驅(qū)動的理想選擇。在設(shè)計過程中，深入理解其工作原理，精確選擇關(guān)鍵元件，并注意PCB布局和散熱，是確保電源性能和可靠性的關(guān)鍵。務(wù)必參考最新的官方數(shù)據(jù)手冊，以獲得最準確的設(shè)計信息。