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TK5401
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TAKION TK5401 User Guide [zh]

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TK5401 使用说明(1.3 版)
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目 录
一、升级历史...................................................................................................................................1
二、基本描述...................................................................................................................................1
三、特性...........................................................................................................................................1
四、结构图.......................................................................................................................................2
五、管脚说明...................................................................................................................................2
六、封装外形...................................................................................................................................3
七、电气特性...................................................................................................................................3
八、IC 电源电路连接示意图.........................................................................................................7
九、功能描述...................................................................................................................................7
十、LED Driver 应用电路实例...................................................................................................14
十一、典型资料（5W LED 驱动设计结果）............................................................................16
十二、注意事项.............................................................................................................................18
警 告...........................................................................................................................................20
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TK5401 使用说明 机密
一、升级历史
版本 描述和升级历史 日期
Ver1.0 Ver1.2
增加了升级历史 增加了待定义值 增加了降值曲线
Ver1.3
修订了应用示例 1 的条件 增加了应用电路示例 2 增加了应用电路示例 3 增加了典型数据
二、基本描述
ＴＫ５４０１是一款ＬＥＤ驱动电源ＩＣ，它具有不需要ＤＣ电源特性中所必须的电解电
容的特性。
ＴＫ５４０１封装内置了高电压功率ＭＯＳ管及控制电路，因去除电解电容而实现了
小型化、低成本，并且实现了ＬＥＤ灯的长寿命和高效能。
初级版本 2009 年 4 月
全功能版本 2009 年 5 月
2009 年 8 月
三、特性
● 内置高电压功率ＭＯＳ管（６５０Ｖ／１．９Ω）
● 支持通用的交流输入电压（ＡＣ８５Ｖ－－２６５Ｖ）
● 内置启动电路，支持低功率
● ＰＷＭ控制功率ＭＯＳ管工作在平均６７ｋＨｚ的振荡频率，为保证输出恒定的ＬＥＤ 输出电流而内置了标准的参考电压（０．３Ｖ）， 从而实现了反馈控制。当ＶＣＣ电压 低于操作电压时它会停止工作。
● 过压保护／热截断电路（锁定模式停止工作）
● 可调整的过流保护
● 间歇性和重复地操作以调节输入电压监视等级至０Ｖ左右（使用功率因数 和调光功能的情况下，有可能通过电压监控调节来实现）
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四、结构图
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五、管脚说明
Pin
1 2 3 4 5 7
8
管脚标识 功能说明
S/OCP
Vcc
GND
LS
COMP
D/ST
功率 MOS 管源极连接电流限定
电源
地
LED 电流输出
ErrAmp 输出/ 相位补偿
启动电流的功率 MOS 管漏极输入
顶视图
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六、封装外形
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标记：
R 产品名称 b 批号
第一个字母 年份的最后一位 第二个字母 月 第三个字母 周 c 序列号
七、电气特性
７．１绝对最大额定参数（若无其它说明，Ｔａ＝２５℃）
参数 标志 等级 单位 应用条件
漏电流峰值 IDpeak※1
雪崩单脉冲能量
EAS※2
ILpeak 2.7 A
S/OCP 脚电压
VOCP
电源电压
LS 脚电压
COMP 脚电压
VCOMP
功率消耗 PD1※3 工作温度
Topr
储存温度 通道温度
注释 ※1 参考 MOS 管的ASO 曲线
Vcc 32 V
VLS
Tstg
Tch +150
※2 参考雪崩能量下降曲线 ※3 参考功耗曲线
※4 安装在 15mm ＊15mm 的板上，DIP8 封装
4.0 A 86 mJ
-2～6
-0.3～6
-0.3～6
1.0 W
-20～+125 ℃
-40～+125 ℃
规格：mm
单脉冲 单脉冲
VDD=99V, L=20mH
V
V V
※4
℃
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７．２功率 ＭＯＳ管的电气特性（若无其它说明，Ta=25℃）
参数 标志
D-S 击穿
电压
关闭状态
D-S 漏电
流
静态 D-S
导通电阻
延时
热敏电阻 θch-c
VDSS 650 -- -- V
IDSS -- -- 300
RDS(ON) -- -- 1.9
td -- -- 250 ns
数值
最小值 典型值 最大值
-- -- 22
单位 应用条件
μA
Ω
℃/W ※4
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７．３控制的电气特性（若无其它说明，Vcc=18V,Ta=25℃）
参数 标志
● 电源/ 启动功能 工作电压
中止电压（欠
电压）
工作电路电流
启动电压 启动电流 阈值电压
● 振荡器功能
平均振荡频率 振荡频率调制 Δf
最大有效值
最小接通时间
● 过流保护功能
前端消失时间 漏电流峰值校
正值
漏电流峰值校
正比率
OCP 阈值电压
（0%校正）
OCP 阈值电压
（36%校正）
● 参考源/ Erramp 功能 参考电压
Erramp 增益 Erramp 源电流 Erramp 反向电
流
● 过电压保护／热截断功能 OVP 阈值电压
锁定电流
TSD 结温
VCC(ON) 13.8 15.3 16.8 V
VCC(OFF) 7.3 8.1 8.9 V
ICC(ON) -- -- 6 mA
VST(ON) 26 31 36 V
Istartup -3.7 -2.5 -1.0 mA Vcc=13.7V
VCC(BIAS) 7.5 9.5 10.5 V
fosc(ave) 60 67 74 kHz
Dmax 77 83 89 %
TON(MIN) -- 420 -- ns
TLEB -- 280 -- ns
DPC -- 20 --
DDPC -- 36 -- %
VOCP(L) 0.70 0.78 0.86 V
VOCP(H) 0.81 0.9 0.99 V
VL(REF) 270 300 330 mV
gm 33 67 100
ICOMP(SO) -30 -20 -10
ICOMP(SINK) 10 20 30
VCC(OVP) 26 29 32 V
IST(LATCH) -- 0.65 1.5 mA
Tj(TSD) 135 -- --
数值
最小值 典型值 最大值
1 5 9 kHz
单位 应用条件
mV/μs
μS
μA μA
℃
VL(REF)-0.3V
VL(REF)+0.3V
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ASO 温度下降曲线 MOS 管 ASO 曲线
雪崩能量下降曲线 功耗曲线
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八、IC 电源电路连接示意图
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九、功能描述
９．１振动操作
直流电源特性决定了普通的电源ＩＣ必须使用大电容，而间隔性地监视ＬＥＤ驱 动输入电压操作的类型则不需要。ＩＣ电源本身变成了一种桥输出。该ＩＣ监视电源 电压及控制变压器和ＬＥＤ输出。在ＩＣ当前条件下，监视等级被重复地设置为０Ｖ附 近，我们认为它在ＬＥＤ脉冲驱动下消除了视觉上的闪烁。
ＰＷＭ控制着功率ＭＯＳ管工作在平均的振荡频率，反馈控制标准的参考电压产生 恒定的ＬＥＤ电流输出。电流控制的低至０．３Ｖ的标准内部电压降低了电流感应阻值。
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图 1 标准序列
另外，典型振荡频率值ｆｏｓｃ（ａｖｅ）被设定为平均６７ｋＨｚ，在同频率下降噪的方 法是被装配在一个随机的开关功能上来实现的。
＜随机开关功能＞
这款ＩＣ在ＰＷＭ控制上加入了随机开关功能。按照上面的说明，它可以简化输 入滤波器来减少同频率的噪声。在开关操作时，它可以在５ｋＨｚ平均频率下小范围 地随机变动。
一般来说，当ＭＯＳ管打开时内置比较器输出会突然溢出，因此在关闭的时候 也会出现同样的情况。这款ＩＣ配备了前沿消隐功能来避免这种现象。
＜前沿消隐功能＞
当功率ＭＯＳ管打开时，前端消隐功能会安排２８０ｎｓ的空闲时间来规避上述现 象。
９．２电源和启动电路
Ｖｃｃ（２脚）是控制电路必须的电源终端，启动电路连接在ＩＣ内部的Ｄ／ＳＴ（７，８ 脚），启动电流电容器连接在ＶＣＣ管脚，当Ｖｃｃ管脚上升到供电电压的典型值 ＶＣＣ（ＯＮ）＝１５．３Ｖ，ＩＣ开始工作。连接在ＶＣＣ管脚上的电容决定了启动时间。
ＴＳＴＡＲＴ＝Ｃ＊（ＶＣＣ（ＯＮ）－ＶＣＣ（ｉｎｔ））／ＩＳＴＡＲＴＵＰ
※ＴＳＴＡＲＴ：启动时间 ［Ｓ］，ＶＣＣ（ｉｎｔ）：ＶＣＣ初始电压 ［Ｖ］，Ｃ：Ｖｃｃ管脚连接 的电容值［Ｆ］
启动消失后启动电路自动拦截损失。
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图 2 Vcc 和 Icc 的关系
图 3 启动序列
图２是Ｖｃｃ电压和电路电流的关系，当Ｖｃｃ达到１５．３Ｖ的典型电压且控制电路 开始工作时电路电流会增大。当Ｖｃｃ达到８．１Ｖ的典型电压时控制电路被低电压锁 定停止工作，又会重新回到启动前的状态。
在控制电路开始工作后，Ｖｃｃ电源开始对绕组Ｄ做平面校正供电。请校正绕组 Ｄ工作在１５Ｖ到２０Ｖ左右因此Ｖｃｃ电压变成：
ＶＣＣ（ＯＦＦ）＝８．９Ｖｍａｘ＜ ＶＣＣ＜ＶＣＣ（ＯＶＰ）＝２６．０Ｖｍｉｎ。
启动序列如图３所示。控制电路立即开始工作后绕组Ｄ的电压没有上升到设定
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的电压。因为Ｖｃｃ电压开始下降，当Ｖｃｃ电压降到标准电压９．５Ｖ以下时，一种偏置 辅助功能开始工作。在偏置辅助功能操作时，它控制着Ｖｃｃ端电压的下降，因为 启动电路又提供了启动电流。
图 4 Iout 和 Vcc 的关系
如图４所示，Ｖｃｃ电压是由实际的电源电路输出电流值改变的。因为在ＭＯＳ管 关闭的时候Ｖｃｃ管脚会承受浪涌电压的最大负载量。增加一个电阻串联到一个齐 纳二极管上来防止这种现象是有效的。电阻最适合的阻值是要按实际使用变压器 来调整，另外，改变Ｖｃｃ电压的输出电压的变化率控制得不好而导致变压器结合 得糟糕。所以，降低主要绕组Ｐ到绕组Ｄ的电压溢出的影响可以释放峰值。由这个 观点来看，重视变压器设计的绕组Ｄ的卷轴位置是很必要的。
相关卷轴位置实例如图５，图６中所示
绕组Ｄ和主要绕组Ｐ间独立的距离（图５）
排在第二位的结构的绕组Ｄ控制着曲线Ｓ（图６）
图 5 绕组特性示例 1
图 6 绕组特性示例 2
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P1,P2：主要的 S1：次要的控制 D：Vcc S2：次要输出
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９．３静态电流控制电路
这款ＩＣ通过电流取样电阻把电流转换为电压来控制ＬＥＤ的输出电流并输入到 ＬＳ（４脚）端并控制着恒定的电压。
图 7 恒定的波形反馈
图７表示了恒定的波形反馈。这种控制电压是输入反馈控制电路并且利用更 多的斜率调节来输出目标电压。另外，反馈控制电路工作的结果是尖峰漏电流接 近上面提起的目标电压。从而这款ＩＣ比较了峰值并且实现了控制。
图 8 谐波振荡的漏电流波形
如图８所示，电源峰值电流控制方式，开关的频率整数双倍周期的漏电流波 形改变。这种现象称为谐波振荡。这是理论上发生的问题。从而稳定的操作校正 是必要的。
就持续模式而言，即使漏电流峰值是恒定的，开的时间也改变了漏电流的初 始值。结果就是合适的操作就是不在同一个周期内开关。这款ＩＣ具有内置的斜率
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补偿电路来控制这种现象。
这种斜率补偿电路操作的结果就是漏电流的峰值下降，开的时间会变宽，从 而控制谐波振荡。
９．４校正过流保护电路
这种电路通过所有脉冲检测漏电流峰值，在Ｄ／ＳＴ（７脚，８脚）端电压高于ＯＣＰ 电压时关闭功率ＭＯＳ管。这个电路内置可调节的电路，是与ＡＣ输入相关的过流保 护。
漏电流保护连接在Ｓ／ＯＣＰ（１脚）和ＧＮＤ（３脚）间的电流采样电阻。当采样电 阻的压降达到ＯＣＰ电压阈值，它会关闭功率ＭＯＳ管。普通的ＰＷＭ控制ＩＣ在ＡＣ输入波 动电压时会变动漏电流峰值。
图 9 输出负载特性
图９是在过流保护时的输出负载特性。
这款ＩＣ具有内置的输入可调节电路以校正波动。这个电路校正ＡＣ输入电压不 同的漏电流峰值移动点差值。
调整的量取决于即时校正漏电流的峰值。调节后的ＯＣＰ阈值电压可以调节下 一个的漏电流峰值。
ＶＯＣＰ［Ｖ］＝ＶＯＣＰ（Ｌ）［Ｖ］＋ （ＤＰＣ［Ｖ／μＳ］＊ＯＮＴｉｍｅ［μＳ］）
然而，ＯＣＰ阈值电压会超过３６％而变成VOCP(H)=0.9Vtyp。
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图 10 电平有效状态和校正后的 OCP 阈值电压（fosc(ave)=67kHzTyp）的关系
图１０说明了电平有效状态和校正后的ＯＣＰ阈值电压的关系，当你设计的变压 器是ＡＣ８５Ｖ且达到３６％有效负载峰值的话，ＯＣＰ移动点变为VOCP(H)=0.9Vtyp。
９．５ＣＯＭＰ管脚功能
ＣＯＭＰ管脚是一个反馈控制电路的相位补偿终端。增加电容的容量会比较稳 定，但是在确认相位提前和延迟后调节固定值是很有必要的。
稳定操作，是否异常振动。
启动失败，是否重启失败。
９．６锁定功能
当ＯＶＰ电路和ＴＳＤ电路各自工作时，锁定电路通过停止方式保护ＩＣ。
这种电路通过延时来防止噪声的不规范的操作，并且保护操作的时间会长于 稳定时间。
当ＩＣ被这个电路关闭开关时，Ｖｃｃ端电压开始下降。当下降到９．５Ｖ的时候， 它会在Ｖｃｃ端提供启动电流，它会保持锁定状态来阻止下降到８．１Ｖ。
取消锁定基本上会关闭ＡＣ输入，阻止Ｖｃｃ下降到８．１Ｖ
９．７热截断电路
当ＩＣ的结温由于周围温度升高而达到１３５℃时，锁定电路就会工作。
真实的温度探测也要纳入成为一个控制的因素。
９．８过压保护电路
当电源ＩＣ在无负载的静态电流控制下，就会无法控制而发生过压输出，Ｖｃｃ 端电压也会升高，ＯＶＰ电路序列如图１１所示。
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图 11 OVP 电路序列
这款ＩＣ具有过压保护功能用以保护输出和负载的过压。它不会直接监视，但 是它能监视Ｖｃｃ端电压来保护负载。换句话说，当Ｖｃｃ端电压超过２９Ｖ时锁定电路 工作并且停止开关。
十、LED Driver 应用电路实例
下面所示的是ＬＥＤ驱动应用电路实例。提起的元件名，元件放置，固定的料 号参考本文的最后章节。
我们要不可避免的注意将电路固定号码和变压器设计的最优化、散热设计及 防止ＥＭＣ等等是每种负载条件都要考虑的。
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１０．１应用电路实例 １（非隔离性的通用交流线，３－８Ｗ的应用）
使用条件
AC INPUT VOLTAGE 85VAC～265VAC LED OUTPUT 3W to 8W ex) VF=19.2V, IF=260mA
１０．２应用电路实例 ２（隔离性的通用交流线，３－８Ｗ的应用）
使用条件
AC INPUT VOLTAGE 85VAC～265VAC LED OUTPUT 3W to 8W ex) VF=19.2V, IF=260mA
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１０．３应用电路实例 ３（相控暗光，ＡＣ１００Ｖ，３－８Ｗ的应用）
使用条件
AC INPUT VOLTAGE 85VAC ～ 125VAC LED OUTPUT 3W to 8W ex) VF=19.2V, IF=260mA
即将申请专利
十一、典型资料（5W LED 驱动设计结果）
１１．１线路调整率
测量条件：环境温度，输入５０Ｈｚ，输出电压１９．２Ｖ，输出电流２６０ｍＡ
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１１．２环境温度相关
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十二、注意事项
１２．１外部元件
每个元件的容量和感应系数，功耗，请在适合的条件下使用。变压器各部分 请留足空间以适应铜损和铁损引起的温度升高。由于存在高频电流，请使用一个 小自感应系数且耐强浪涌的电流取样电阻。
因为开关电流包含高频元器件，请找出变压器绕组的实际操作电流值，并就 预防高温来说应选择电流密度在４～３Ａ／ｍｍ２。
在考虑发热的情况后，校正变压器的线径和匝数对增加励磁线圈的表面积以 降低线圈温度是很有必要的。
１２．２元件放置和 ＰＣＢ样式设计
（１）如图１２所示，请将ＩＣ的Ｓ／ＯＣＰ端和Ｄ／ＳＴ端的线布为尽量短而粗的箕形纹以 利于开关电流。
（２）请将ＩＣ的Ｖｃｃ端的线布得尽量短而粗，当ＩＣ和Ｃ２的距离远时请务必在Ｖｃｃ 和ＧＮＤ间放置一个５０Ｖ／０．１μF的电容。
（３）建议漏极采用较大的空间以利于散热。
（４）请将ＩＣ的Ｓ／ＯＣＰ端和电流采样电阻Ｒ１间的线布为尽量短而粗。另外请将 电源的ＧＮＤ和控制端的ＧＮＤ用其它图案完全隔离。
图 12 连接模式示例
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１２．３开关电源的安装设计
请小心布线及足够的元件，因为不规范的操作和噪声，功率损耗的模式和安 装条件会产生很大的影响。请考虑在高频电流线布为粗而短的线以降低阻抗。
图 13 高频电流环
请将图１３中斜线所示部分模板做得尽量小。请将地线做得短而粗因为辐射噪 声会有很大的影响。
元件放置和模块距离做成安全距离是非常必要的，因为开关电源的高频和高 压。
请小心设计散热因为功率ＭＯＳ管的开态电阻具有正温度系数。
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警 告
●本文档的目录改进恕不另行通知，使用前请确认本文档是最新的版本。
●本文档中的操作和电路示例仅供参考。Ｔａｋｉｏｎ不承担违反Ｔａｋｉｏｎ或第三方
对这些实例所有的工业特性，知识产权，其它权利的责任。
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●我们会继续提升我们产品的品质和可靠性，但是半导体产品具有其具固有 的不良率，用户必须承担设计和检测设备和系统的安全的责任，部分缺陷可能不 会导致的伤害事故，火灾，社会损害等等。
●请不要将这些产品使用到高可靠性的产品上（例如传送机器及其控制单 元，灾害预警设备，任何安全设备，航空设备，核动力控制单元，医疗设备等等）。
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