BP3126电路图详解

BP3126是一款高性能、高精度的降压型LED恒流驱动芯片，广泛应用于各种非隔离式LED照明领域，如LED球泡灯、射灯、筒灯、平板灯等。它以其简洁的外围电路、优异的恒流精度、高效率以及完善的保护功能而受到工程师的青睐。本节将深入探讨BP3126芯片的工作原理、典型应用电路、关键参数以及设计考量。

1. BP3126芯片概述

BP3126是上海晶丰明源（BPSemicon）推出的一款高压线性恒流LED驱动芯片。它采用专有的恒流控制技术，在交流85V至265V全电压范围内实现高精度的恒流输出，通常恒流精度可达到±3%以内。该芯片内部集成了高压功率MOSFET，进一步简化了外围电路设计，降低了系统成本并提高了可靠性。其主要特点包括：

• 高集成度： 内部集成高压MOSFET，无需外部MOSFET，简化了PCB布局。

• 高精度恒流： 采用专有的恒流控制技术，实现高精度LED电流输出。

• 优异的线性调整率和负载调整率： 确保在宽输入电压和负载变化范围内电流稳定性。

• 完善的保护功能： 包括过温保护（OTP）、LED开路保护、LED短路保护等，提高了系统可靠性。

• 无电解电容设计： 多数应用场景可实现无电解电容设计，延长了电源寿命。

• 封装小巧： 通常采用SOP8封装，便于小型化设计。

这些特性使得BP3126成为中低功率LED照明驱动的理想选择。

2. BP3126典型应用电路

BP3126的典型应用电路通常非常简洁，主要由少数几个外部元件构成，包括输入整流桥、电感、续流二极管、输出电容以及少数几个电阻。以下是其基本工作原理和电路构成：

2.1 电路组成

一个典型的BP3126非隔离降压恒流LED驱动电路通常包括以下几个部分：

• 输入整流滤波部分： 由整流桥（如MB6F）和输入滤波电容C_in（可选，用于EMI抑制和改善PF）组成，将交流市电转换为脉动直流电压。

• 降压转换器核心： 由BP3126芯片、电感L、续流二极管D_f组成。BP3126内部的MOSFET开关管周期性地导通和关断，通过电感储能和释放能量，实现降压功能。

• 恒流采样与反馈部分： 通常由一个或多个取样电阻R_CS（电流检测电阻）连接在LED串的低端与BP3126的CS引脚之间，用于实时检测流过LED的电流。BP3126根据CS引脚的电压反馈来调节内部开关管的占空比，从而维持LED电流恒定。

• 输出滤波部分： 由输出电容C_out组成，用于平滑输出电压和电流，减小LED电流纹波。在某些低纹波要求的应用中，可能需要较大的输出电容，甚至可以使用电解电容，但BP3126的设计允许在一定纹波范围内实现无电解电容方案。

• 保护和启动部分： BP3126内部集成了启动电路和各种保护机制，通常无需额外的外部元件。

2.2 工作原理

BP3126的工作原理基于固定关断时间（Constant Off-Time, COT）或准谐振（Quasi-Resonant, QR）控制模式，具体取决于芯片型号和设计优化。这里以常见的COT模式为例进行解释：

1. 启动阶段： 当交流市电经过整流后施加到BP3126的VDD引脚时，芯片内部的启动电路开始工作，为内部控制电路供电。

2. MOSFET导通（On-Time）： 一旦VDD电压达到启动阈值，芯片内部的功率MOSFET导通。此时，输入电压通过MOSFET和电感L向电感充电，电感电流线性上升。同时，电流流过LED串并点亮LED。

3. 电流采样与比较： 流过LED的电流通过取样电阻R_CS产生一个电压信号，这个电压信号被送到BP3126的CS引脚。芯片内部的恒流环路会将CS引脚的电压与一个内部设定的基准电压（通常为恒定的几十到几百毫伏，例如0.2V）进行比较。

4. MOSFET关断（Off-Time）： 当CS引脚电压达到内部设定的阈值时，或者在COT模式下，达到预设的导通时间后，内部的功率MOSFET关断。此时，电感两端的电压反向，电感中储存的能量通过续流二极管D_f向LED串和输出电容C_out放电，电流继续流过LED。电感电流线性下降。

5. 循环往复： 当电感电流下降到一定程度（或在一个固定的关断时间后），MOSFET再次导通，进入下一个开关周期。通过精确控制MOSFET的导通和关断时间，BP3126能够维持流过LED的平均电流恒定。

恒流原理： BP3126通过内部精密的恒流环路来维持LED电流的稳定。芯片会实时监测流过LED串的电流，并将其与内部设定的参考电流进行比较。当检测到的电流偏离目标值时，芯片会通过调整MOSFET的开关周期（主要是导通时间）来使电流回到设定值。例如，如果LED电流偏高，芯片会缩短MOSFET的导通时间；如果LED电流偏低，芯片会延长导通时间。这种闭环控制确保了高精度的恒流输出。

3. 关键参数与计算

理解BP3126的关键参数对于设计高质量的LED驱动电源至关重要。

3.1 输出电流设定

BP3126的输出恒流值主要由外部的电流检测电阻R_CS决定。通常，芯片内部会有一个固定的恒流参考电压V_CS（例如0.2V）。则LED的恒流输出I_LED可以通过以下公式计算：

ILED=VCS/RCS

例如，如果VCS=0.2V，要实现200mA的输出电流，则RCS=0.2V/0.2A=1Ω。设计师需要根据所需的LED电流来精确选择$R_{CS}$的阻值，并选用低温度系数、高精度的电阻，以保证电流的稳定性。

3.2 电感选择

电感L是降压型转换器中关键的储能元件。其选择主要考虑以下几个方面：

• 电感量： 电感量的选择影响到电感电流纹波和芯片的工作模式。通常，电感量过小会导致电流纹波过大，增加LED闪烁感；电感量过大会增加电感的体积和成本。BP3126的数据手册会给出推荐的电感量范围，通常在几百微亨到几毫亨之间。电感量的计算通常涉及输入电压、输出电压、开关频率以及允许的电流纹波比。

• 饱和电流： 电感的饱和电流必须大于峰值电感电流，以避免电感饱和导致电感量骤降，影响芯片正常工作甚至损坏。峰值电感电流通常是平均输出电流的1.2到1.5倍，具体取决于纹波电流的大小。

• 直流电阻（DCR）： DCR越小，电感损耗越小，效率越高。

3.3 输出电容选择

输出电容C_out用于平滑输出电流，减小LED电流纹波。其容量选择取决于允许的电流纹波大小和LED的驱动特性。

• 纹波要求： 对于要求低纹波的应用，需要较大的输出电容。例如，对于照明应用，通常要求电流纹波低于30%。

• 寿命考量： BP3126支持无电解电容设计，可以显著提高电源寿命。如果必须使用电解电容，应选择高品质、长寿命的电解电容。如果采用陶瓷电容，容量通常要比电解电容小很多，但寿命长且ESR极低。

3.4 续流二极管选择

续流二极管D_f通常选择肖特基二极管（Schottky Diode），因为它具有较低的正向压降和快速的恢复时间，可以有效降低损耗并提高效率。其主要参数包括：

• 反向耐压（VRRM）： 必须大于最大输入电压的峰值加上输出电压。

• 正向电流（IF）： 必须大于最大输出电流。

4. 设计注意事项与优化

4.1 PCB布局

良好的PCB布局对于BP3126电路的性能和稳定性至关重要。

• 大电流回路： 输入侧（整流桥、C_in、BP3126的VIN/SW引脚）和输出侧（SW引脚、电感、续流二极管、输出电容、LED串）的大电流回路应尽可能短而宽，以减小寄生电感和电阻，降低EMI和损耗。

• CS引脚布线： CS引脚是电流采样端，对噪声敏感。其布线应远离大电流回路和噪声源，尽量采用差分走线或单点接地，以确保采样信号的准确性。

• 散热： BP3126内部集成了功率MOSFET，在大功率应用中会产生一定的热量。PCB布局时应留有足够的铜箔面积作为散热片，或者在必要时增加散热器，确保芯片在工作温度范围内稳定运行。

4.2 EMI与PF抑制

虽然BP3126本身不直接提供PFC（功率因数校正）功能，但通过合理设计，可以改善系统的EMI和PF表现：

• EMI抑制：

• 共模电感和X电容： 在交流输入端加入共模电感和X电容可以有效抑制共模和差模噪声。

• Y电容： 在某些情况下，可能需要在输入和输出之间加入Y电容来抑制共模噪声，但要注意安规要求。

• π型滤波： 输入端采用L-C-L或C-L-C的π型滤波网络，可以有效衰减高频噪声。

• 合理布局： 减小电流环路面积、避免交叉走线、良好的接地设计都有助于降低EMI。

• PF改善： BP3126属于非隔离降压拓扑，其功率因数通常不是很高，但对于非隔离方案来说，通常已经能满足大部分照明应用的要求。如果对PF有更高要求，可能需要考虑更高阶的PFC拓扑，但这会增加成本和复杂性。对于BP3126这类芯片，可以通过输入端的小容量电容（如几百pF或几nF的薄膜电容）来适度改善PF，但效果有限。

4.3 保护功能

BP3126通常集成了完善的保护功能，提高了电源的可靠性：

• 过温保护（OTP）： 当芯片内部温度超过预设阈值时，芯片会进入保护状态，停止开关，从而避免芯片过热损坏。当温度下降后，芯片会自动恢复工作。

• LED开路保护： 当LED串断开时，BP3126会检测到输出电压异常升高，从而进入保护状态，防止输出电压过高损坏其他元件或造成安全隐患。

• LED短路保护： 当LED串发生短路时，输出电压接近于零。BP3126会限制输出电流，避免过流损坏芯片或电源。

在实际设计中，应充分利用这些内置保护功能，并进行相应的测试验证，确保其在各种异常情况下都能正常工作。

4.4 纹波抑制

对于照明产品，输出电流纹波是衡量光质量的重要指标。过高的纹波会导致LED闪烁，影响用户体验。

• 输出电容的选择： 如前所述，增大输出电容C_out可以有效降低电流纹波。

• 电感纹波： 合理选择电感量，避免电感电流纹波过大。

• 高频纹波： 可以通过在输出端并联小容量的陶瓷电容来抑制高频纹波。

5. BP3126系列芯片的型号差异

BP3126通常是一个系列号，内部可能包含多个具体型号，例如BP3126B、BP3126D等。这些型号之间可能存在细微的差异，主要体现在：

• 最大输出电流能力： 不同型号可能支持不同的最大输出电流。

• 恒流精度： 某些型号可能具有更高的恒流精度。

• 封装形式： 虽然SOP8是常见封装，但某些特殊应用可能需要其他封装。

• 内部参考电压： 恒流参考电压V_CS可能略有不同，需要查阅具体型号的数据手册。

• 启动方式或保护阈值： 可能存在微小的调整。

因此，在进行具体设计时，务必仔细查阅所选BP3126型号的官方数据手册，以获取最准确的电气特性、典型应用电路、封装信息和设计指导。数据手册是电路设计的核心参考资料。

6. 市场应用与发展趋势

BP3126系列芯片凭借其成本效益、高性能和高集成度，在非隔离式LED照明市场占据了重要地位。它广泛应用于以下产品：

• LED球泡灯/蜡烛灯： 替换传统白炽灯的经济型解决方案。

• LED射灯/筒灯： 商用和家居照明中常见的定向照明。

• LED吸顶灯/平板灯： 对成本和尺寸有较高要求的室内照明。

• 其他小功率LED驱动： 例如LED灯条、显示屏背光等。

随着LED照明技术的不断发展，驱动芯片也面临着更高的要求：

• 更高的效率： 降低能耗，减少散热需求。

• 更低的待机功耗： 符合能效标准。

• 更小的体积： 以适应更紧凑的灯具设计。

• 更低的成本： 推动LED照明的普及。

• 更智能的功能： 例如PWM调光、0-10V调光、色温可调等。

BP3126作为一款成熟的恒流驱动芯片，在满足基本照明需求方面表现出色。对于需要更复杂功能或更高功率的应用，晶丰明源及其他厂商也提供了更为先进的芯片解决方案。

总结：

BP3126是一款性能优异、应用广泛的非隔离降压型LED恒流驱动芯片。其简洁的电路、高精度恒流、高效率和完善的保护功能使其成为中低功率LED照明驱动的理想选择。在设计过程中，深入理解其工作原理，精确选择关键元件，并注意PCB布局和散热，是确保电源性能和可靠性的关键。务必参考最新的官方数据手册，以获得最准确的设计信息。