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作者: 李明峰,楊高權(quán),張占松 摘要：文章詳細(xì)介紹了占空比半導(dǎo)體公司的DU8623芯片，基于非隔離BUCK拓?fù)洹⒓稍礃O驅(qū)動(dòng)MOSFET，來(lái)實(shí)現(xiàn)極高精度LED恒流控制。利用DU8623設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種無(wú)須電解電容3W非隔離球泡燈方案。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，能實(shí)現(xiàn)很高的交叉調(diào)整率。省略的電解電容不僅僅降低了成本，同時(shí)也延長(zhǎng)了整燈壽命。 1 引言 本文簡(jiǎn)單介紹無(wú)電解電容對(duì)于延長(zhǎng)LED燈壽命的意義，同時(shí)簡(jiǎn)單介紹一種全新的閉環(huán)電流控制策略，詳細(xì)介紹這種控制策略如何突破性提高LED輸出電流精度，從開(kāi)環(huán)到閉環(huán)是其本質(zhì)的突破�；谶@種閉環(huán)策略，提供了一種無(wú)電解電容3W球泡燈LED驅(qū)動(dòng)方案，并提供了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)波形圖。 2 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2.1 LED驅(qū)動(dòng)電源－無(wú)電解電容的意義 為什么在LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)時(shí)要強(qiáng)調(diào)無(wú)電解電容呢？目前LED照明驅(qū)動(dòng)電源的工作壽命的瓶頸就是AC-DC轉(zhuǎn)換電解電容。LED燈珠的壽命是大于4萬(wàn)小時(shí)的，而電解電容的壽命只有幾千小時(shí)，通常環(huán)境溫度每上升10度，電解電容壽命縮短至一半。根據(jù)木桶原理，決定整燈壽命的是最“短命”的環(huán)節(jié)：電解電容。如果不想法拿掉電解電容，那么LED照明驅(qū)動(dòng)電源的壽命與LED的壽命就很不匹配，也就很難發(fā)揮出LED照明的長(zhǎng)工作壽命優(yōu)勢(shì)。這也是為什么最近業(yè)界一直在積極開(kāi)發(fā)無(wú)電解電容的LED照明驅(qū)動(dòng)電源的主要原因。 2.2 全閉環(huán)的恒流控制的價(jià)值 
圖1：全閉環(huán)非隔離降壓恒流LED驅(qū)動(dòng)電源參考意圖 所謂開(kāi)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。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)。從電路拓?fù)渖�，二者沒(méi)有區(qū)別。但是在芯片內(nèi)部對(duì)檢測(cè)到的如圖1 CS腳電感電流信號(hào)，做專(zhuān)利技術(shù)處理，如圖2 TRUEC2部分。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。
圖2：DU8623內(nèi)部功能圖 3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 我們選擇了一個(gè)典型LED球泡燈應(yīng)用來(lái)做IC功能驗(yàn)證，基本電參數(shù)要求如下： 輸入電壓范圍：180~264VAC/50Hz 功率因數(shù)： >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(yīng)用原理圖 對(duì)于輸入電壓、負(fù)載LED變化情況下，我們測(cè)試得到如下交叉調(diào)整率結(jié)果： 圖4可見(jiàn)，線性調(diào)整率為0，因?yàn)槿]環(huán)控制逐周期精確控制，輸入有任何變化，芯片會(huì)馬上檢測(cè)到并作相關(guān)的調(diào)整以便得到同樣的輸出；同理，如圖5及圖6，當(dāng)輸出電壓變化，電感量變化時(shí)，芯片也會(huì)作相關(guān)的調(diào)整；正是因?yàn)槲覀兊娜]環(huán)高精度恒流控制方法，使電源做到了真正的恒流。這樣，量產(chǎn)的一致性可以控制到小于±1%。
圖4：線性調(diào)整率
圖5：負(fù)載調(diào)整率
圖6：電感調(diào)整率 如果按照市面上的傳統(tǒng)的芯片，用用開(kāi)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：
這種開(kāi)環(huán)控制技術(shù)是基于輸出電壓相對(duì)恒定（即LED串聯(lián)數(shù)量不變），主電感感量確定的情況下，芯片通過(guò)提供一個(gè)恒定的關(guān)斷時(shí)間和Vcs比較基準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸入電壓在一個(gè)比較寬的范圍內(nèi)變化時(shí)，恒定輸出電流的目的。但是電網(wǎng)的波動(dòng)和功率電感的批量生產(chǎn)的一致性很難控制，LED的Vf會(huì)隨溫度變化等的影響，都會(huì)影響到輸出電流的變化。所以此種控制方法很難達(dá)到真正的恒流，也不利于生產(chǎn)的一致性。 正是DU8623的系統(tǒng)是使用全閉環(huán)高精度的恒流控制方法，減少了整機(jī)系統(tǒng)對(duì)外界條件高度一致的依賴性，同一款電源，對(duì)應(yīng)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(nèi)的恒流精度。充分說(shuō)明了閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)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?yàn)檩敵鲭妷翰煌枰煌碾姼械膫淞霞皫?kù)存，還可以增加同一款料的采購(gòu)量而進(jìn)一步降低采購(gòu)成本，減少呆滯料的存放。并且還要達(dá)到更好的恒流效果！ 4 結(jié)論 全閉環(huán)控制，檢測(cè)輸出電流，來(lái)發(fā)出PWM信號(hào)，是真正的恒流電源驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，相對(duì)于其他非閉環(huán)的方案，這種獨(dú)有的閉環(huán)恒流控制技術(shù)使輸出電流精度有了質(zhì)的飛躍，使整機(jī)電源在全電壓、全負(fù)載、電感變化范圍內(nèi)的電流精度達(dá)到行業(yè)內(nèi)目前最高的±0.9%�；诖碎]環(huán)控制技術(shù)，DU8623集成1A高壓MOSFET，并且根據(jù)某些應(yīng)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(yōu)化的產(chǎn)品。 目前LED驅(qū)動(dòng)供應(yīng)商層出不窮，各種方案百花齊放。對(duì)于新興的LED市場(chǎng)，爆發(fā)在即，但其特點(diǎn)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(chǎng)、迅速響應(yīng)提供方案的IC設(shè)計(jì)公司才能夠笑到最后，才能夠最終把握趨勢(shì)，引領(lǐng)市場(chǎng)技術(shù)革新。 參考文獻(xiàn)： [1] Dutycycle Semiconductor LIBRARY 2012，DU8623. 作者簡(jiǎn)介： 李明峰，浙江大學(xué)電力電子專(zhuān)業(yè)碩士畢業(yè)。曾就職于艾默生網(wǎng)絡(luò)能源、美國(guó)IR公司全球技術(shù)支持中心、BCD半導(dǎo)體。在IEEE及國(guó)內(nèi)核心電力電子期刊發(fā)表數(shù)十篇技術(shù)論文，近年來(lái)專(zhuān)注于LED照明市場(chǎng)趨勢(shì)研究及行業(yè)優(yōu)勢(shì)資源整合。 楊高權(quán)，廣東工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)。曾就職于深圳洲明科技、茂碩電源等LED企業(yè)，目前在上海占空比公司負(fù)責(zé)方案支持工作，設(shè)計(jì)大量LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)方案。 張占松：廣東工業(yè)大學(xué)教授，先后工作于中國(guó)科學(xué)院、科技學(xué)院工學(xué)院。八十年代在美國(guó)重點(diǎn)研究開(kāi)關(guān)電源的基本拓?fù)�，著作有《高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源》，《開(kāi)關(guān)電源原理與設(shè)計(jì)》，《電路與系統(tǒng)仿真實(shí)踐》，翻譯有《開(kāi)關(guān)電源手冊(cè)》等書(shū)，長(zhǎng)期擔(dān)任廣東省電源學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)電源學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)等職，并任9家電源類(lèi)雜志的編委。 |
