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作者: 燕山大學(xué) 張曉靜 王立喬 中國LED標(biāo)準(zhǔn)委員會 姚刃峰 李明峰 張占松 摘要：本文首先分析了LED驅(qū)動電源的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，介紹了目前市場上主流LED驅(qū)動電源的優(yōu)缺點。為順應(yīng)市場要求，本文應(yīng)用上海占空比公司的DU8633Z芯片，提出了一種非隔離的高性價比吸頂燈控制方案，并實驗驗證了系統(tǒng)高精度的恒流控制性能，最后展望了LED驅(qū)動電源的發(fā)展前景。 引言 隨著LED照明技術(shù)的不斷發(fā)展以及LED照明燈具體積小構(gòu)造簡單的特點，LED照明燈具越來越受到歡迎。但是由于LED照明燈具價格較高，使其在百姓生活中的應(yīng)用并不普遍。所以為了提高LED照明產(chǎn)品的性價比，滿足低成本的要求,LED驅(qū)動電源將更多地從隔離式向非隔離式過渡，總的元器件數(shù)量必須要盡可能地減少，而驅(qū)動電源的效率和恒流質(zhì)量也要不斷提高。 目前LED非隔離驅(qū)動主流控制方案 目前非隔離LED驅(qū)動主流的控制方案是一種開環(huán)的恒流控制方式。該方案的控制策略為通過設(shè)定芯片外圍電阻值來控制MOSFET的關(guān)斷時間。在每個周期開始時，MOSFET開通電感電流線性上升，當(dāng)上升到最大值時MOSFET關(guān)斷，過了設(shè)定的關(guān)斷時間，MOSFET又會再次導(dǎo)通。調(diào)節(jié)MOS管的采樣電阻以及關(guān)斷時間就可以達到恒流控制的目的。這是一種簡單有效地控制策略，但是由于是開環(huán)控制，所以輸出電流會受輸入電壓波動的影響，也會受到輸出負載變化的影響。 基于DU8633Z的吸頂燈控制方案 DU8633Z是一款連續(xù)電流工作模式的降壓式恒流控制器，專用于驅(qū)動小功率LED照明應(yīng)用。圖1為DU8633Z內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。他采用獨特的閉環(huán)恒流控制專利——TRUEC2技術(shù)，可在寬松的外圍電感參數(shù)條件下實現(xiàn)高精度的輸出電流，確保批量生產(chǎn)時LED燈具亮度的一致性。DU8633Z提供了外部可編程的、高精度的輸出電流控制方案，只需要±1％精度的檢測電阻，和不太精確的濾波電感，再加上少量的外圍器件，就可以實現(xiàn)3%系統(tǒng)恒流精度。 圖2所示為DU8633Z吸頂燈控制原理圖。在上電后，母線電壓通過啟動電阻給VCC引腳的電容充電，直到VCC電壓上升到啟動閾值電壓后，芯片啟動工作。DU8633Z內(nèi)置12V穩(wěn)壓管。由于芯片的典型工作電流只有200uA，因此，無需專門的供電電路,利用啟動電阻就可以直接供電，既減少系統(tǒng)成本,又提高了系統(tǒng)效率。 本方案還提供了過壓保護功能。當(dāng)輸出電壓超出限定值時，電路會通過輔助繞組觸發(fā)外接三極管導(dǎo)通，從而將VCC拉低,使電路停止工作。 
圖1：DU8633Z內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2：基于DU8633Z的吸頂燈控制原理圖。
圖3：DU8633Z應(yīng)用實物圖及其PCB布線圖。 實驗結(jié)果 實驗的基本電參數(shù)如下: 輸入電壓范圍：176~264VAC/50Hz 典型效率：>90% 輸出電壓范圍：3~80VDC 輸出電流：240mA 標(biāo)稱輸出功率：18W 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。 由圖4可以看出系統(tǒng)的線性調(diào)整率幾乎接近于零，說明系統(tǒng)可在寬輸入電壓和輸出電壓條件下實現(xiàn)高精度的輸出電流，實現(xiàn)恒流控制。由于DU8633Z采用獨特的閉環(huán)恒流控制專利——TRUEC2技術(shù)，所以只需要很少的外圍器件再加一個1%精度的檢測電阻就可以實現(xiàn)3%恒流控制。在實現(xiàn)高性能的基礎(chǔ)上降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)的性價比。
圖5：系統(tǒng)負載調(diào)整率。 圖5所示系統(tǒng)的負載調(diào)整率為0.4%。這就意味著用一套電源系統(tǒng)就可以帶多套LED燈負載，在不同的負載下系統(tǒng)依然可以實現(xiàn)高精度的恒流控制，這為電源的生產(chǎn)及使用帶來了很大的方便，使之在市場中占有優(yōu)勢。
圖6：系統(tǒng)效率曲線。 圖6顯示系統(tǒng)在標(biāo)稱負載下效率可以達到90%以上。實驗表明，即使負載變化，系統(tǒng)的效率也在80%以上，這也順應(yīng)了當(dāng)今社會節(jié)能減排的要求。 通過實驗驗證表明，DU8633Z的吸頂燈控制方案可以達到很高的恒流控制精度，控制性能優(yōu)越，此外DU8633Z也集成了多重保護功能，以確保LED燈具工作穩(wěn)定可靠。 輸出短路保護：DU8633Z在輸出短路的情況下，依然可以實現(xiàn)很好的恒流特性； 采樣電阻開/短路保護：當(dāng)采樣電阻出現(xiàn)開路或短路的情況，DU8633Z會立即啟動保護功能； 過溫保護：當(dāng)芯片結(jié)溫超過150℃時，芯片會立即進入過溫保護，直到結(jié)溫小于120℃后，自動重啟。 由于系統(tǒng)外圍器件少，電路簡單，所以應(yīng)用方便，而且總ROM的價格低于￥2.20，更加提高了他的性價比。 發(fā)展前景展望 高性能、低成本是LED驅(qū)動電源一直追求的目標(biāo)。傳統(tǒng)的基于反擊變換器的隔離型驅(qū)動電源由于其電路復(fù)雜、效率低，逐漸被結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高的非隔離驅(qū)動電源所代替。而市面上主流的非隔離型驅(qū)動電源多采用開環(huán)恒流控制，系統(tǒng)性能易受輸入電壓和負載變化的影響，所以可靠性不高。 基于上海占空比公司的DU8633吸頂燈控制方案不僅電路簡單、體積小、成本低，而且經(jīng)實驗驗證系統(tǒng)性能優(yōu)越，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的恒流控制，且輸出電流不受輸入電壓及負載變化的影響，真正實現(xiàn)恒流控制。此外系統(tǒng)還提供了多種保護功能，使電路工作更可靠，壽命更長久。因此，筆者認為這一方案符合LED驅(qū)動電源的發(fā)展要求，將逐步被市場所接受。 作者簡介： 張曉靜：燕山大學(xué)電力電子專業(yè)在讀碩士。 王立喬：2003年浙江大學(xué)電力電子專業(yè)畢業(yè)，獲博士學(xué)位，燕山大學(xué)碩士生導(dǎo)師。 李明峰：浙江大學(xué)電力電子專業(yè)碩士畢業(yè)。曾就職于艾默生網(wǎng)絡(luò)能源、美國國際整流器公司全球技術(shù)支持中心、BCD半導(dǎo)體。在IEEE及國內(nèi)核心電力電子期刊發(fā)表數(shù)十篇技術(shù)論文，近年來專注于LED照明市場趨勢研究及行業(yè)優(yōu)勢資源整合。 姚刃峰：上海占空比公司（深圳分公司）現(xiàn)場應(yīng)用工程師。 張占松：廣東省電源行業(yè)協(xié)會/學(xué)會理事長。1960年畢業(yè)于華中理工大學(xué)工業(yè)企業(yè)電氣化與自動化專業(yè)。先后工作于中國科學(xué)院、科技學(xué)院工學(xué)院，六零年后從亊學(xué)校和實際應(yīng)用工作，是可控硅MOSFET IGBT資深工作者，開關(guān)電源著作有高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源/開關(guān)電源的原理和設(shè)計/電路和系統(tǒng)仿真實踐/2010年后合編著高頻變換技術(shù)教程/開關(guān)電源技術(shù)教程等高校試用教材/是中囯電源學(xué)會副理亊及廣東省電源學(xué)會1至3屆理事長及廣東省科協(xié)常委。 |
