小尺寸非隔離恒流18W LED日光燈驅(qū)動(dòng)方案
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
高負(fù)載調(diào)整率的實(shí)際意義是多套燈負(fù)載可以用一套電源。例如12串輸出是36V左右，24串輸出是72V左右，如果設(shè)計(jì)電流值相同，可以使用同一套電源，對(duì)于電源廠，在生產(chǎn)中對(duì)于備料、庫(kù)存管理有顯著價(jià)值。值得一提的是，如圖6,此系統(tǒng)在短路的時(shí)候依然實(shí)現(xiàn)了恒流，這就意味著：1. 短路保護(hù)通過(guò)最安全的方式實(shí)現(xiàn)。2. 這是真正意義的全負(fù)載恒流。
圖5、6可以看到，由于閉環(huán)控制，在設(shè)計(jì)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(rèn)為是恒定的輸出電流，即線性調(diào)整率接近0,負(fù)載調(diào)整率為±0.5%.量產(chǎn)時(shí)，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:開關(guān)波形
下面我們來(lái)看一下元件清單。
總成本BOM成本低于$3.5.這個(gè)成績(jī)跟某些阻容降壓或者線性高壓方案比，算不上特別，但考慮到這樣的線性調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率以及系統(tǒng)效率，以及沒(méi)有任何工頻紋波的輸出恒流效果，筆者無(wú)意盲從眾生，高舉“低成本”的噱頭，只想表達(dá)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)哲學(xué)在成本核算時(shí)體現(xiàn)得淋漓盡致。
3 趨勢(shì)展望
筆者認(rèn)為，隨著絕緣散熱材料的優(yōu)化普及，非隔離驅(qū)動(dòng)方案是大勢(shì)所趨。其更高的效率實(shí)際意義除了降低能耗，更提高了LED燈珠使用率，降低成本，給消費(fèi)者帶來(lái)動(dòng)力。某些低價(jià)隔離方案，事實(shí)上完全沒(méi)有達(dá)到隔離的安規(guī)，劍走偏鋒，不利于長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
好在LED行業(yè)目前是個(gè)典型的短周期行業(yè)，技術(shù)而非資本是核心競(jìng)爭(zhēng)力。大膽的預(yù)測(cè)：
- 隔離單級(jí)PF高紋波的方案遲早被“一級(jí)半”方案（高PF、低紋波、體積緊湊）所替代。
- 線性高壓LED方案會(huì)逐步替代阻容降壓方案。
- 成熟“一級(jí)半”方案大量面市之前，非隔離方案將漸漸奪取隔離方案的份額。
- 非隔離方案亦朝兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是高端填谷式高效率、高PF、低紋波方案。一個(gè)是本文的全閉環(huán)超高性價(jià)比方案，其目標(biāo)是讓LED日光燈在維持高品質(zhì)的情況下，讓市場(chǎng)售價(jià)迫近30元人民幣，會(huì)引起市場(chǎng)爆發(fā)。
-可控硅調(diào)光方案，雖然伴隨著頑固的在墻上的可控硅會(huì)存留，并且有大量棄而不舍的廠商嘗試做“全兼容方案”,但隨著先進(jìn)LED調(diào)光技術(shù)的興起，將退出歷史舞臺(tái)。取而代之的方案將給人們非常新穎的光體驗(yàn)。
崇效天，卑法地。筆者作為節(jié)能環(huán)保事業(yè)的狂熱追求者，作為L(zhǎng)ED業(yè)內(nèi)人士，深信先進(jìn)技術(shù)是未來(lái)簡(jiǎn)單、完美而光明世界的唯一驅(qū)動(dòng)力。創(chuàng)造力永遠(yuǎn)是人類得以生存、進(jìn)化的原動(dòng)力。盲目低價(jià)低質(zhì)惡性競(jìng)爭(zhēng)的所謂“商業(yè)行為”,只能謀取短期私利，自毀長(zhǎng)城，使消費(fèi)者對(duì)LED產(chǎn)品喪失信心。廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局在去年8月通報(bào)LED燈產(chǎn)品質(zhì)量省級(jí)專項(xiàng)監(jiān)督抽查結(jié)果，在7個(gè)地市21家企業(yè)生產(chǎn)的LED燈產(chǎn)品共23批次，產(chǎn)品不合格率為73.9%.這樣的調(diào)查數(shù)據(jù)，你還敢用LED產(chǎn)品嗎？你還能相信它節(jié)能環(huán)保嗎？這就是走火入魔的結(jié)果，一個(gè)有良知的業(yè)內(nèi)人士，唯有對(duì)先進(jìn)技術(shù)孜孜不倦追求，才是造福人類的唯有途徑。
摘要：文章詳細(xì)介紹了基于TRUEC2技術(shù)非隔離BUCK拓?fù)?，?lái)實(shí)現(xiàn)18W極高精度日光燈LED恒流控制。試驗(yàn)證明，全閉環(huán)TRUEC2技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)真實(shí)輸出電流，免受輸入電壓、外部電感影響，突破性地提高了LED輸出電流的精度。集成MOSFET,簡(jiǎn)化外圍線路；控制方式免受電感影響。體積小可內(nèi)置于日光燈燈頭，是理想的非隔離恒流驅(qū)動(dòng)方案。最后，對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)電源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及其擔(dān)憂，筆者提出了自己的觀點(diǎn)。
進(jìn)入2013年，我們切身感受到了LED行業(yè)發(fā)展的陣陣暖意。目前有好幾個(gè)趨勢(shì)正在推動(dòng)LED照明市場(chǎng)的發(fā)展。首先是高亮度LED效率的不斷提升和高效率高可靠性恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的不斷涌現(xiàn)，其次是全球立法禁止白熾燈照明和CFL節(jié)能燈的逐步淡出（它含有對(duì)環(huán)境有害的水銀）。這些因素綜合起來(lái)正使得LED照明成為一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)。更重要的是，低成本（包括LED燈珠、散熱系統(tǒng)和LED驅(qū)動(dòng)器）是消費(fèi)者廣泛采用LED通用照明的原始推動(dòng)力。除了節(jié)能減排的重大使命以外，LED相比于其他光源更可控的特點(diǎn)使其可能革命性的豐富人們的用光環(huán)境，提供許多新穎的光影世界。而實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是驅(qū)動(dòng)：LED光源的大腦。更小體積、更少元件、更低成本、更強(qiáng)大，這些是市場(chǎng)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的“苛刻”要求。
本文介紹的這種極簡(jiǎn)線路18W LED日光燈驅(qū)動(dòng)方案，尺寸小于一枚一元硬幣，成本是目前市場(chǎng)主流方案的一半左右，是順應(yīng)這種“苛刻”要求而生的。簡(jiǎn)單即完美的哲學(xué)在這種方案里發(fā)揮得淋漓盡致。
2.1 第三代非隔離LED恒流控制技術(shù)閉環(huán)算法TRUEC2簡(jiǎn)介
針對(duì)LED照明負(fù)載特點(diǎn)，目前非隔離式的恒流驅(qū)動(dòng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本上是BUCK降壓結(jié)構(gòu)。非隔離LED恒流控制技術(shù)的發(fā)展分為三代，從最初的固定頻率模式，到后來(lái)的固定關(guān)斷時(shí)間模式，嚴(yán)格說(shuō)都不是真正的閉環(huán)恒流，一直發(fā)展到今天，所使用的是第三代非隔離控制技術(shù)閉環(huán)算法，稱為TRUEC2的控制策略。上海占空比半導(dǎo)體公司的DU8618芯片，基于TRUEC2驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)于各種外圍元件不敏感，這就在提高可靠性和精度的同時(shí)，降低了整體方案的成本。
所謂的閉環(huán)，即真正檢測(cè)輸出電流值，以此為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)發(fā)出PWM信號(hào)。所謂開環(huán)，不以檢測(cè)到的輸出電流值來(lái)做發(fā)出PWM信號(hào)的參考。從電路拓?fù)渖?，二者沒(méi)有區(qū)別，都是非隔離的BUCK降壓拓?fù)?。但是在芯片?nèi)部有兩個(gè)基準(zhǔn)，一個(gè)是峰值基準(zhǔn)，一個(gè)是平均值基準(zhǔn)。芯片檢測(cè)到電感電流信號(hào)，做專利技術(shù)處理，如圖1 TRUEC2部分做積分處理及峰值控制。這樣，就檢測(cè)到了電感電流的平均值，也就是輸出電流的平均值。芯片針對(duì)檢測(cè)到的值，控制輸出占空比，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。這種控制結(jié)構(gòu)，使得線路極為簡(jiǎn)單，由于閉環(huán)控制電流，相比于開環(huán)方式，此線路短路亦恒流。這在生產(chǎn)應(yīng)用中是非常重要的，這相當(dāng)于大大降低了系統(tǒng)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。使得這種方案不僅在性能上有了質(zhì)的飛躍，在可靠性上也大大提高。DU8618集成了1A的高壓MOSFET,又將簡(jiǎn)化線路做到了極致，通過(guò)低電流、高電壓的設(shè)計(jì)，降低損耗，讓1A MOSFET集成封裝于小體積的SOP8中，可以勝任所有18W以內(nèi)的非隔離LED驅(qū)動(dòng)需求。
圖1:芯片內(nèi)部TRUEC2部分模塊工作示意
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