本文應(yīng)用上海占空比半導(dǎo)體公司的DU8613芯片，基于非隔離BUCK拓撲提供了一種3W球泡燈LED恒流控制驅(qū)動方案，并提供了實驗數(shù)據(jù)和相關(guān)波形圖，并且展望了非隔離驅(qū)動的發(fā)展空間。
市場目前主流3W驅(qū)動電源簡介
3W LED球泡燈是目前消費需求量最大的市場之一，目前主流的方案是3×1W，每個燈珠3.3V300mA，通過3個燈珠串聯(lián)方式形成負載，輸出負載為10V/300mA. 由于電網(wǎng)電壓整流后和此輸出負載電壓相差較大，所以最適合的方式是通過反激隔離降壓驅(qū)動。然而隔離電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，器件較多，成本較高，效率較低，可靠性較低，不適合批量生產(chǎn)。與隔離電路相對地，非隔離電路線路簡單，所用器件少，體積小，成本較低，效率較高。隨著市場對成本和效率的要求，非隔離電路在小功率LED驅(qū)動領(lǐng)域開始登上舞臺。
DU8613集成開關(guān)簡化線路實現(xiàn)全閉環(huán)3WLED球泡燈恒流控制
DU8613是一款連續(xù)電流工作模式的降壓式恒流控制器，具有3%的系統(tǒng)恒流精度，內(nèi)部集成了500V高壓MOSFET，在一定程度上簡化了外圍電路，并且設(shè)定了采樣電阻開路、短路保護，輸出過流、短路保護，過溫保護等保護功能。DU8613是基于TRUEC2技術(shù)，實現(xiàn)全閉環(huán)高精度的恒流控制方法，專門用于3WLED非隔離球泡燈驅(qū)動的芯片。圖1所示是利用該芯片實現(xiàn)的一種降壓驅(qū)動方案。如圖1芯片CS端檢測到的電感電流信號經(jīng)過專利技術(shù)處理，如圖2中的TRUEC2閉環(huán)恒流控制模塊，就得到電感電流(即輸出電流)的平均值。芯片通過檢測到的不同的輸出電流平均值控制開關(guān)管占空比，從而實現(xiàn)閉環(huán)控制。
圖2：DU8613內(nèi)部功能圖
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圖3：DU8613球泡燈應(yīng)用實物圖及其PCB布線圖
LED恒流控制驅(qū)動方案實驗結(jié)果實驗結(jié)果
我們選擇一個典型的LED球泡燈應(yīng)用來做IC功能的驗證，基本電參數(shù)如下：
輸入電壓范圍：180~265VAC/50Hz 典型效率：>88%
輸出電壓范圍：3~52VDC 輸出電流：60mA
標(biāo)稱輸出功率：3W
對于輸入電壓、負載LED變化情況下，我們測試得到如下線性、負載調(diào)整率結(jié)果：
圖4：系統(tǒng)線性調(diào)整率
圖4的線性調(diào)整率接近0，這是因為芯片逐周期閉環(huán)控制，立刻響應(yīng)，不會引起輸出電流變化，有效抑制了電網(wǎng)電壓波動引起的擾動。在實現(xiàn)如此理想的線性調(diào)整率的同時，還省卻了第二代控制芯片因為線性補償?shù)脑S多外圍元器件，簡單即完美的哲學(xué)在此設(shè)計中再一次體現(xiàn)。
圖5：系統(tǒng)負載調(diào)整率
圖5中的系統(tǒng)負載調(diào)整率為0.3%，它的實際意義是多套燈負載可以用一套電源。例如12串LED輸出是36V左右，24串輸出是72V左右，如果設(shè)計電流值相同，可以使用同一套電源，對于電源廠，在生產(chǎn)中對于備料、庫存管理有顯著價值。值得一提的是，如圖6，此系統(tǒng)在短路的時候依然實現(xiàn)了恒流，這就意味著：1. 短路保護通過最安全的方式實現(xiàn)。2. 這是真正意義的全負載恒流。
圖6：電感調(diào)整率
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市面上的傳統(tǒng)芯片利用開環(huán)的控制技術(shù)——固定Toff的控制技術(shù)，電流推導(dǎo)公式如下：
平均電感電流：ILav=ILpk-(1/2)×ILr
Lpk為電感峰值電流：ILpk=Vcs/Rcs
ILr為電感紋波電流：ILr=(Vout/L)×Toff
如果采用傳統(tǒng)芯片，電感的變化會引起輸出電流的變化,然而在批量生產(chǎn)時電感的一致性很難控制。圖6顯示，采用DU8613芯片，在不同的功率電感下，仍然能保持輸出電流恒定，因此降低了電感一致性的要求，有利于電感的批量采購，從而降低采購成本。
圖7：效率曲線
圖8：市場某公司隔離3WLED驅(qū)動方案效率曲線
圖4、5、6可以看到，由于閉環(huán)控制，在設(shè)計的正常工作范圍內(nèi)，輸出電流維持定值，單顆系統(tǒng)可以認為是恒定的輸出電流，即線性調(diào)整率接近0，負載調(diào)整率為±0.3%。量產(chǎn)時，由于參數(shù)一致性分布，大量試產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，恒流精度小于±2%。圖7顯示，適當(dāng)調(diào)整輸入，輸出標(biāo)稱功率3w的時候，系統(tǒng)效率可以在88%以上，即使是在全電壓輸入范圍內(nèi)效率也能達到86%以上。圖8為市場某隔離3W方案的效率曲線。對比表明，對于小功率LED球泡燈，非隔離從節(jié)能角度相對于隔離是一種巨大進步，如果折算到全球球泡燈耗電，這種節(jié)能減排的效果，是相當(dāng)可觀的。
實驗表明，DU8613采用全閉環(huán)恒流控制能夠?qū)崿F(xiàn)高精度恒流控制，應(yīng)用于驅(qū)動3W的球泡燈，總BOM成本低于1.5元。這個成績跟某些阻容降壓或者恒流二極管方案相當(dāng)，而且它的線性調(diào)整率、負載調(diào)整率、系統(tǒng)效率，以及沒有任何工頻紋波的輸出恒流效果，使該芯片占有有利的優(yōu)勢。并且電路板器件少焊接容易，有利于批量生產(chǎn)。由于芯片全電流反饋對外界條件的依耐性弱的特點，在原料采購上既方便又可以降低成本。
LED恒流控制趨勢展望
順應(yīng)市場的需要，降低成本、提高效率和可靠性已經(jīng)成為每個企業(yè)最求的目標(biāo)。采用隔離反激變換器的電路比較復(fù)雜，變壓器存在較大損耗，進而效率較低。LED本身是一種節(jié)能環(huán)保的新興替代光源，針對目前市場使用較多的3×1W隔離方案，是基于市場主流燈珠搭配而產(chǎn)生的，但是70%左右的效率令人失望，如果驅(qū)動電源沒有足夠高的轉(zhuǎn)換效率，談何節(jié)能環(huán)保？
非隔離電路具有結(jié)構(gòu)簡單、器件少、成本低、效率高等優(yōu)點，鑒于以上諸多優(yōu)點，非隔離電路將漸漸取代隔離電路在小功率LED驅(qū)動電源的地位，成為這種驅(qū)動電源的主流。基于上海占空比公司的DU8613的驅(qū)動方案在保證成本足夠低的基礎(chǔ)上，帶來了恒流精度高，效率高的優(yōu)勢。筆者認為，非隔離、小電流的特性正順應(yīng)了市場的需要，必然會逐步取代隔離方案。
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