LED照明驅(qū)動恒流源芯片技術(shù)淺析

LED照明驅(qū)動電源恒流控制技術(shù)的進步，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）芯片外圍控制電路的不斷簡化，主級側(cè)恒流技術(shù)(PSR)已經(jīng)趨向成熟；2）芯片的恒流精度不斷提高，為降低生產(chǎn)的偏差、提升電源大批量生產(chǎn)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(xiàn)和技術(shù)成熟，使得電源的體積和成本的進一步下降。順應(yīng)LED照明市場的發(fā)展趨勢，豐明源半導體(BPSEMI)在2011年推出了主級側(cè)恒流控制(PSR)的BP31XX系列的驅(qū)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(qū)動芯片BP3309和BP3308。

創(chuàng)新的LED驅(qū)動電源芯片設(shè)計技術(shù)

目前LED照明燈具的驅(qū)動電源對變壓器、電感器參數(shù)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(xiàn)，工業(yè)化生產(chǎn)成本很難進一步下降。通過對LED驅(qū)動恒流源芯片設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新和突破，新的解決方案可以在LED燈具驅(qū)動電源實際應(yīng)用時，輸出電流對變壓器和電感的電感量和LED的VF等參數(shù)不太敏感。創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵是優(yōu)化芯片算法語言。圖1展示BP31XX系列主級側(cè)恒流控制的一種新的原理，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，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(guān)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(guān)，而LED的VF值的偏差和電感偏差正是批量生產(chǎn)面臨的最大的問題。通常來說，批量生產(chǎn)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(qū)動電源，批量精度可達3%以內(nèi)，可以容許變壓器和電感參數(shù)有較大的允差，這就降低了規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的成本并促進流水線的持續(xù)快速生產(chǎn)。

圖1 BP31XX系列主級側(cè)恒流控制技術(shù)工作原理。

BP31XX的應(yīng)用電路十分簡化，周邊需要的零件很少，符合低成本、工業(yè)化生產(chǎn)的理念。圖2是典型應(yīng)用電路，采用主級側(cè)恒流技術(shù)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(tǒng)的光耦反饋結(jié)構(gòu)還存在光耦老化和很難過安規(guī)測試的問題，對于球泡燈內(nèi)部60-90℃的應(yīng)用環(huán)境溫度來說，可靠性問題更成為生產(chǎn)廠商和客戶關(guān)注的焦點。主級側(cè)恒流技術(shù)的成熟，特別是創(chuàng)新的驅(qū)動電源芯片設(shè)計技術(shù)，使得應(yīng)用電路對變壓器和電感的某些難以質(zhì)控的參數(shù)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(chǎn)品性能，又可降低成本，是一種雙贏的選擇。

圖2 BP3105的典型應(yīng)用電路

盡管電路周邊零件器件減少了，但電源電路設(shè)計者需要選擇高品質(zhì)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(chǎn)品，以適應(yīng)長期在高溫環(huán)境下工作。

LED照明專用的單級APFC芯片

LED恒流驅(qū)動電源的另一個熱門趨勢就是含自動高功率因數(shù)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(tài)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?，F(xiàn)有的單級PFC芯片由于不是為LED照明專門設(shè)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(chǎn)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(xù)被大量使用，這樣對于LED照明驅(qū)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(yè)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(yīng)用電路，芯片主級側(cè)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(qū)動技術(shù)，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(tǒng)效率；采用LED照明燈具必須的軟啟動無過沖技術(shù)；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(diào)整率，負載調(diào)整率，批量恒流精度的偏差的問題(如表一)。這樣的LED電源驅(qū)動方案能夠符合企業(yè)大批量生產(chǎn)的要求，先進的PSR單級APFC方案與傳統(tǒng)的付邊反饋方案相比既節(jié)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(yīng)用圖。

表1 BP3309的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率

本文小結(jié)

隨著LED照明產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展以及各國能源標準的出臺，在保證轉(zhuǎn)化效率的前提下，LED照明的電源的發(fā)展將繼續(xù)朝著更小體積、更少元件、更高精度、更利于生產(chǎn)的方向發(fā)展，因此，新的電源芯片恒流控制技術(shù)以及單級APFC技術(shù)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。