小尺寸非隔離恒流18WLED日光燈驅(qū)動(dòng)方案

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)趨勢正在推動(dòng)LED照明市場的發(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(它含有對環(huán)境有害的水銀)。這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個(gè)長期的發(fā)展趨勢。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，這些是市場對LED驅(qū)動(dòng)電源的“苛刻”要求。

本文介紹的這種極簡線路18W LED日光燈驅(qū)動(dòng)方案，尺寸小于一枚一元硬幣，成本是目前市場主流方案的一半左右，是順應(yīng)這種“苛刻”要求而生的。簡單即完美的哲學(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簡介

針對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，到后來的固定關(guān)斷時(shí)間模式，嚴(yán)格說都不是真正的閉環(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)，即真正檢測輸出電流值，以此為標(biāo)準(zhǔn)來發(fā)出PWM信號。所謂開環(huán)，不以檢測到的輸出電流值來做發(fā)出PWM信號的參考。從電路拓?fù)渖?，二者沒有區(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)。芯片檢測到電感電流信號，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(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。這種控制結(jié)構(gòu)，使得線路極為簡單，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,又將簡化線路做到了極致，通過低電流、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

2.2 DU8618集成開關(guān)簡化線路實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)18W LED日光燈恒流控制

DU8618是基于TRUEC2技術(shù)，專門用于18W LED非隔離日光燈驅(qū)動(dòng)的芯片。

基本電參數(shù)要求如下：

輸入電壓范圍：180~265VAC/50Hz 典型效率：>95%

輸出電壓范圍：60~180VDC 輸出電流：90mA

標(biāo)稱輸出功率：18W

圖2:全閉環(huán)非隔離降壓恒流18W LED日光燈驅(qū)動(dòng)電源示意圖

圖3:DU8618輸出18W非隔離LED日光燈驅(qū)動(dòng)電源尺寸示意

圖4:PCB布板圖

圖2原理圖顯示，實(shí)現(xiàn)18W的輸出功率，方案所需的所有元件為僅14個(gè)。圖3、圖4的直觀顯示表明，該方案小于一枚一元硬幣。上文介紹的先進(jìn)的控制方式是實(shí)現(xiàn)更高的功率密度的根本原因。實(shí)際意義并不僅僅是提高了功率密度。技術(shù)進(jìn)步所帶來的還包括：線路更簡單、成本降低、恒流精度更高。95%的效率高于市場大部分方案，小電流、高電壓的設(shè)計(jì)思路是實(shí)現(xiàn)如此高效率的關(guān)鍵。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對于輸入電壓、負(fù)載LED變化情況下，我們測試得到如下線性、負(fù)載調(diào)整率結(jié)果：