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作者: 李明峰,楊高權,張占松 摘要：文章詳細介紹了占空比半導體公司的DU8623芯片，基于非隔離BUCK拓撲、集成源極驅動MOSFET，來實現極高精度LED恒流控制。利用DU8623設計實現一種無須電解電容3W非隔離球泡燈方案。試驗證明，全閉環TRUEC2技術實時檢測真實輸出電流，能實現很高的交叉調整率。省略的電解電容不僅僅降低了成本，同時也延長了整燈壽命。 1 引言 本文簡單介紹無電解電容對于延長LED燈壽命的意義，同時簡單介紹一種全新的閉環電流控制策略，詳細介紹這種控制策略如何突破性提高LED輸出電流精度，從開環到閉環是其本質的突破。基于這種閉環策略，提供了一種無電解電容3W球泡燈LED驅動方案，并提供了實驗數據和相關波形圖。 2 技術發展趨勢 2.1 LED驅動電源－無電解電容的意義 為什么在LED驅動電源設計時要強調無電解電容呢？目前LED照明驅動電源的工作壽命的瓶頸就是AC-DC轉換電解電容。LED燈珠的壽命是大于4萬小時的，而電解電容的壽命只有幾千小時，通常環境溫度每上升10度，電解電容壽命縮短至一半。根據木桶原理，決定整燈壽命的是最“短命”的環節：電解電容。如果不想法拿掉電解電容，那么LED照明驅動電源的壽命與LED的壽命就很不匹配，也就很難發揮出LED照明的長工作壽命優勢。這也是為什么最近業界一直在積極開發無電解電容的LED照明驅動電源的主要原因。 2.2 全閉環的恒流控制的價值 
圖1：全閉環非隔離降壓恒流LED驅動電源參考意圖 所謂開環，不以檢測到的輸出電流值來做發出PWM信號的參考。所謂的閉環，即真正檢測輸出電流值，以此為標準來發出PWM信號。從電路拓撲上，二者沒有區別。但是在芯片內部對檢測到的如圖1 CS腳電感電流信號，做專利技術處理，如圖2 TRUEC2部分。這樣，就檢測到了電感電流的平均值，也就是輸出電流的平均值。芯片針對檢測到的值，控制輸出占空比，實現了閉環控制。
圖2：DU8623內部功能圖 3 實驗驗證 我們選擇了一個典型LED球泡燈應用來做IC功能驗證，基本電參數要求如下： 輸入電壓范圍：180~264VAC/50Hz 功率因數： >0.5 效率：>88% 輸出電壓范圍：3~50VDC 輸出電流：60mA
圖3：DU8623球泡燈應用原理圖 對于輸入電壓、負載LED變化情況下，我們測試得到如下交叉調整率結果： 圖4可見，線性調整率為0，因為全閉環控制逐周期精確控制，輸入有任何變化，芯片會馬上檢測到并作相關的調整以便得到同樣的輸出；同理，如圖5及圖6，當輸出電壓變化，電感量變化時，芯片也會作相關的調整；正是因為我們的全閉環高精度恒流控制方法，使電源做到了真正的恒流。這樣，量產的一致性可以控制到小于±1%。
圖4：線性調整率
圖5：負載調整率
圖6：電感調整率 如果按照市面上的傳統的芯片，用用開環的控制技術-固定Toff的控制技術，電流推導公式如下：
這種開環控制技術是基于輸出電壓相對恒定（即LED串聯數量不變），主電感感量確定的情況下，芯片通過提供一個恒定的關斷時間和Vcs比較基準，從而實現當輸入電壓在一個比較寬的范圍內變化時，恒定輸出電流的目的。但是電網的波動和功率電感的批量生產的一致性很難控制，LED的Vf會隨溫度變化等的影響，都會影響到輸出電流的變化。所以此種控制方法很難達到真正的恒流，也不利于生產的一致性。 正是DU8623的系統是使用全閉環高精度的恒流控制方法，減少了整機系統對外界條件高度一致的依賴性，同一款電源，對應不同的輸出電壓，不同的功率電感，輸出電流依然保持±0.9%以內的恒流精度。充分說明了閉環系統對于整個系統恒流精度提高的重要性。例如輸出電壓可以做50V，或者40V、30V等，這樣，不僅可以減少因為輸出電壓不同而需要不同的電感的備料及庫存，還可以增加同一款料的采購量而進一步降低采購成本，減少呆滯料的存放。并且還要達到更好的恒流效果！ 4 結論 全閉環控制，檢測輸出電流，來發出PWM信號，是真正的恒流電源驅動控制技術。實驗表明，相對于其他非閉環的方案，這種獨有的閉環恒流控制技術使輸出電流精度有了質的飛躍，使整機電源在全電壓、全負載、電感變化范圍內的電流精度達到行業內目前最高的±0.9%。基于此閉環控制技術，DU8623集成1A高壓MOSFET，并且根據某些應用要求省略了電解電容，這就提供了一種高恒流精度，低成本、壽命優化的產品。 目前LED驅動供應商層出不窮，各種方案百花齊放。對于新興的LED市場，爆發在即，但其特點是“短周期”。何謂“短周期”？即方案的變化、更新十分迅速。所以能夠貼近一線市場、迅速響應提供方案的IC設計公司才能夠笑到最后，才能夠最終把握趨勢，引領市場技術革新。 參考文獻： [1] Dutycycle Semiconductor LIBRARY 2012，DU8623. 作者簡介： 李明峰，浙江大學電力電子專業碩士畢業。曾就職于艾默生網絡能源、美國IR公司全球技術支持中心、BCD半導體。在IEEE及國內核心電力電子期刊發表數十篇技術論文，近年來專注于LED照明市場趨勢研究及行業優勢資源整合。 楊高權，廣東工業大學電子科學與技術專業。曾就職于深圳洲明科技、茂碩電源等LED企業，目前在上海占空比公司負責方案支持工作，設計大量LED驅動技術方案。 張占松：廣東工業大學教授，先后工作于中國科學院、科技學院工學院。八十年代在美國重點研究開關電源的基本拓撲，著作有《高頻開關穩壓電源》，《開關電源原理與設計》，《電路與系統仿真實踐》，翻譯有《開關電源手冊》等書，長期擔任廣東省電源學會理事長，中國電源學會副理事長等職，并任9家電源類雜志的編委。 |
