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作者：上海晶豐明源半導體有限公司 技術市場經理 李琛琳；市場總監 顏重光 2011年是LED照明行業高速發展的一年，世界各國政府的大力推動促使其蓬勃發展。近來，熒光粉的離奇大幅漲價，導致熒光燈成本的增加；LED光源的制造技術大踏步發展，使其成本快速下降；日本震后核電問題使得震后重建市場對LED燈具的需求快速增長。目前，各國政府繼續加強淘汰白熾燈的力度，例如，歐洲規定2009年年底開始禁用100W白熾燈，2010年年底開始禁用75W白熾燈，這無疑又是給LED照明市場帶來巨大的機會。伴隨LED照明驅動電源恒流控制技術的進步和LED光源價格的不斷降低，LED照明與千家萬戶的距離進一步拉近。 LED照明驅動電源恒流控制技術的進步，主要體現在以下幾個方面：1）芯片外圍控制電路的不斷簡化，主級側恒流技術(PSR)已經趨向成熟；2）芯片的恒流精度不斷提高，為降低生產的偏差、提升電源大批量生產的可靠性提供有力的保障；3）LED照明專用單級APFC芯片的出現和技術成熟，使得電源的體積和成本的進一步下降。順應LED照明市場的發展趨勢，豐明源半導體(BPSEMI)在2011年推出了主級側恒流控制(PSR)的BP31XX系列的驅動芯片。如適用于PSR隔離方案的BP3102、，BP3105、BP3108，以及單級APFC控制BP33XX系列的驅動芯片BP3309和BP3308。 創新的LED驅動電源芯片設計技術 目前LED照明燈具的驅動電源對變壓器、電感器參數的要求十分高，為求精準需花費大量的人力和財力才能實現，工業化生產成本很難進一步下降。通過對LED驅動恒流源芯片設計技術的創新和突破，新的解決方案可以在LED燈具驅動電源實際應用時，輸出電流對變壓器和電感的電感量和LED的VF等參數不太敏感。創新技術的關鍵是優化芯片算法語言。圖1展示BP31XX系列主級側恒流控制的一種新的原理，從圖中可以發現，芯片控制輸出電流峰值，并通過輔助繞組反饋，使得退磁時間和芯片開關周期的比例固定，這樣就可以使得輸出電流與外圍的電感量偏差和輸出電壓的偏差無關，而LED的VF值的偏差和電感偏差正是批量生產面臨的最大的問題。通常來說，批量生產的變壓器電感量和LED的VF都會有5~10%左右的偏差。而BP31XX系列的LED照明恒流驅動電源，批量精度可達3%以內，可以容許變壓器和電感參數有較大的允差，這就降低了規模工業化生產的成本并促進流水線的持續快速生產。 
圖1 BP31XX系列主級側恒流控制技術工作原理。 BP31XX的應用電路十分簡化，周邊需要的零件很少，符合低成本、工業化生產的理念。圖2是典型應用電路，采用主級側恒流技術后，次級的反饋電路不再成為電源體積和成本方面的障礙，這給那些對于電源體積要求極為苛刻的場合帶來了極大的便利，如球泡燈、GU10射燈等。傳統的光耦反饋結構還存在光耦老化和很難過安規測試的問題，對于球泡燈內部60-90℃的應用環境溫度來說，可靠性問題更成為生產廠商和客戶關注的焦點。主級側恒流技術的成熟，特別是創新的驅動電源芯片設計技術，使得應用電路對變壓器和電感的某些難以質控的參數變得不敏感，對于LED照明電源和燈具廠商來說，既方便提高產品性能，又可降低成本，是一種雙贏的選擇。
圖2 BP3105的典型應用電路 盡管電路周邊零件器件減少了，但電源電路設計者需要選擇高品質的有限器件，如MOS的耐壓要高，電解電容器要采用高密封性、高抗水合處理能力、高抗過載能力的，125℃ 10000小時的長壽命產品，以適應長期在高溫環境下工作。 LED恒流驅動電源的另一個熱門趨勢就是含自動高功率因數補償、低諧波的單級APFC控制芯片。美國能源之星標準對于5W以上固態照明燈具有具體明確的PF值的要求。因此，今年來LED照明燈具廠家對單級APFC芯片的需求大大增加。現有的單級PFC芯片由于不是為LED照明專門設計的，普遍存在一些缺陷，如較長的啟動時間、需要光耦和外部基準反饋、原邊反饋的批量生產電流精度差等等，使得目前以6562和7527為代表的APFC恒流方案繼續被大量使用，這樣對于LED照明驅動電源體積和成本近一步減小都比較困難。因此，新的LED照明專用單級APFC的方案也是LED照明燈具行業所祈求的。 BP3309是新一代LED照明專用單級APFC芯片，圖3是BP3309的典型應用電路，芯片主級側恒流控制(PSR)，無需次級光耦和TL431等反饋電路；該芯片采用專利的源級驅動技術，啟動時間很短，在85VAC，1M歐姆啟動電阻的條件下小于200ms的啟動時間，提高系統效率；采用LED照明燈具必須的軟啟動無過沖技術；芯片具備的保護功能齊全，自帶短路保護、開路保護、過壓保護、欠壓保護、過溫保護、取樣電阻短路保護，當故障解除時，芯片可以自動恢復正常工作。另外，BP3309芯片解決了線性調整率，負載調整率，批量恒流精度的偏差的問題(如表一)。這樣的LED電源驅動方案能夠符合企業大批量生產的要求，先進的PSR單級APFC方案與傳統的付邊反饋方案相比既節省電源的空間和成本，又提高了可靠性。
圖3 單級APFC的BP3309典型應用圖。 表1 BP3309的線性調整率和負載調整率
本文小結 隨著LED照明產業不斷發展以及各國能源標準的出臺，在保證轉化效率的前提下，LED照明的電源的發展將繼續朝著更小體積、更少元件、更高精度、更利于生產的方向發展，因此，新的電源芯片恒流控制技術以及單級APFC技術的進一步完善成熟，對于LED照明電源性能的提升和成本下降、體積的縮小起到非常顯著的作用。 |
