AN4346
Application note
10 W wide range - high power factor - isolated LED driver using
HVLED815PF
By Giovanni Gritti
Introduction
This application note describes the performances of an isolated 10 W, wide range, regulated
LED driver using the HVLED815PF device, with a high power factor and a constant output
current regulation. Main input specifications are:
Input voltage:
Isolated solution (flyback topology)
Output power:
Output LED voltage (typ.):
Output LED current (typ.):
Power factor:
LED driver efficiency:
10 W
22 V
455 mA
> 0.95
up to 84%
88 - 265 Vac
The architecture is based on a single stage isolated flyback and it has been used the
STMicroelectronics
®
HVLED815PF device with primary side control to achieve a LED
current regulation within ± 5% and a high power factor.
The form factor has been designed to fit into a standard lighting case making easy the
replacement of the incandescent lamp.
Figure 1. EVLHVLED815W10F demonstration board
October 2013
DocID025107 Rev 1
1/33
www.st.com
Contents
AN4346
Contents
1
2
Demonstration board details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Measurement results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
Driver efficiency at nominal load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Power factor at nominal load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Line regulation at nominal load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Total harmonic distortion (THD) at nominal load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Driver efficiency at different LED load number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Power factor at different LED load number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Line regulation at different LED load number . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Total harmonic distortion (THD) at different LED load number . . . . . . . . . 15
Harmonic content at nominal mains voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Overvoltage protection in no load condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Thermal measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3
Electrical waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
Input and output LED driver waveforms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Transition mode operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I
LED
pin modulation with the input mains voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Startup at no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
OVP protection to a load disconnection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Output short-circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4
5
Support material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2/33
DocID025107 Rev 1
AN4346
List of tables
List of tables
Table 1.
Table 2.
Table 3.
Table 4.
Table 5.
Table 6.
Table 7.
Table 8.
Table 9.
Table 10.
Bill of material (BOM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Top side 88 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Top side 100 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Top side 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Top side 265 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Bottom side 88 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Bottom side 100 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Bottom side 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Bottom side 265 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
DocID025107 Rev 1
3/33
33
List of figures
AN4346
List of figures
Figure 1.
Figure 2.
Figure 3.
Figure 4.
Figure 5.
Figure 6.
Figure 7.
Figure 8.
Figure 9.
Figure 10.
Figure 11.
Figure 12.
Figure 13.
Figure 14.
Figure 15.
Figure 16.
Figure 17.
Figure 18.
Figure 19.
Figure 20.
Figure 21.
Figure 22.
Figure 23.
Figure 24.
Figure 25.
Figure 26.
Figure 27.
Figure 28.
Figure 29.
Figure 30.
Figure 31.
Figure 32.
Figure 33.
Figure 34.
Figure 35.
Figure 36.
Figure 37.
Figure 38.
Figure 39.
Figure 40.
Figure 41.
Figure 42.
Figure 43.
Figure 44.
Figure 45.
Figure 46.
Figure 47.
Figure 48.
EVLHVLED815W10F demonstration board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
EVLHVLED815W10F circuit diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Component layout. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
PCB layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
LED driver efficiency versus AC line voltage at nominal load. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Power factor (PF) at nominal load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Average output current versus line voltage at nominal load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Total harmonic distortion (THD) versus line voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
LED driver efficiency versus AC line voltage at different numbers of LEDs applied. . . . . . 10
Power factor (PF) at different LED load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Average output current versus line voltage at different numbers of LEDs applied . . . . . . . 11
Total harmonic distortion (THD) versus line voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Harmonic content at 100 Vac/50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Harmonic content at 230 Vac/50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
OVP voltage vs. input mains. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Top side temperature P
OUT
= 10 W - 88 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Top side temperature P
OUT
= 10 W - 100 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
Top side temperature P
OUT
= 10 W - 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Top side temperature P
OUT
= 10 W - 265 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Bottom side temperature P
OUT
= 10 W - 88 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Bottom side temperature P
OUT
= 10 W - 100 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Bottom side temperature P
OUT
= 10 W - 230 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Bottom side temperature P
OUT
= 10 W - 265 V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Input and output LED driver waveforms at 100 Vac - 50 Hz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Input and output LED driver waveforms at 230 Vac - 50 Hz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
I
LED
pin operation at 100 Vac - 50 Hz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Transition mode operation at 100 Vac - 50 Hz - zoom on the peak - f
sw
= 51 kHz . . . . . . 20
I
LED
pin operation at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Transition mode operation at 230 Vac - 50 Hz - zoom on the peak - f
sw
= 83 kHz . . . . . . 20
I
LED
pin modulation with the input mains voltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
I
LED
pin operation at 88 Vac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I
LED
pin operation at 100 Vac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I
LED
pin operation at 130 Vac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I
LED
pin operation at 175 Vac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
I
LED
pin operation at 230 Vac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
I
LED
pin operation at 265 Vac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Startup at 100 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Startup at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Startup at 100 Vac - 50 Hz - no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Startup at 230 Vac - 50 Hz - no load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Load disconnection at 100 Vac -50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
No load behavior at 100 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Load disconnection at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
No load behavior at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Short-circuit behavior at 100 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
After short-circuit at 100 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Short-circuit behavior at 30 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
After short-circuit at 230 Vac - 50 Hz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
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模拟与混合信号
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