摘要：文章詳細介紹了占空比半導體公司的DU8623芯片，基于非隔離BUCK拓撲、集成源極驅動(dòng)MOSFET，來(lái)實(shí)現極高精度LED恒流控制。利用DU8623設計實(shí)現一種無(wú)須電解電容3W非隔離球泡燈方案。試驗證明，全閉環(huán)TRUEC2技術(shù)實(shí)時(shí)檢測真實(shí)輸出電流，能實(shí)現很高的交叉調整率。省略的電解電容不僅僅降低了成本，同時(shí)也延長(cháng)了整燈壽命。
1 引言
本文簡(jiǎn)單介紹無(wú)電解電容對于延長(cháng)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驅動(dòng)方案，并提供了實(shí)驗數據和相關(guān)波形圖。
2 技術(shù)發(fā)展趨勢
2.1 LED驅動(dòng)電源－無(wú)電解電容的意義
為什么在LED驅動(dòng)電源設計時(shí)要強調無(wú)電解電容呢？目前LED照明驅動(dòng)電源的工作壽命的瓶頸就是AC-DC轉換電解電容。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。根據木桶原理，決定整燈壽命的是最“短命”的環(huán)節：電解電容。如果不想法拿掉電解電容，那么LED照明驅動(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(cháng)工作壽命優(yōu)勢。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驅動(dòng)電源參考意圖
所謂開(kāi)環(huán)，不以檢測到的輸出電流值來(lái)做發(fā)出PWM信號的參考。所謂的閉環(huán)，即真正檢測輸出電流值，以此為標準來(lái)發(fā)出PWM信號。從電路拓撲上，二者沒(méi)有區別。但是在芯片內部對檢測到的如圖1 CS腳電感電流信號，做專(zhuān)利技術(shù)處理，如圖2 TRUEC2部分。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)現了閉環(huán)控制。
圖2：DU8623內部功能圖
3 實(shí)驗驗證
我們選擇了一個(gè)典型LED球泡燈應用來(lái)做IC功能驗證，基本電參數要求如下：
輸入電壓范圍：180~264VAC/50Hz 功率因數： >0.5 效率：>88%
輸出電壓范圍：3~50VDC 輸出電流：60mA
圖3：DU8623球泡燈應用原理圖
對于輸入電壓、負載LED變化情況下，我們測試得到如下交叉調整率結果：
圖4可見(jiàn)，線(xiàn)性調整率為0，因為全閉環(huán)控制逐周期精確控制，輸入有任何變化，芯片會(huì )馬上檢測到并作相關(guān)的調整以便得到同樣的輸出；同理，如圖5及圖6，當輸出電壓變化，電感量變化時(shí)，芯片也會(huì )作相關(guān)的調整；正是因為我們的全閉環(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(xiàn)性調整率
圖5：負載調整率
圖6：電感調整率
如果按照市面上的傳統的芯片，用用開(kāi)環(huán)的控制技術(shù)-固定Toff的控制技術(shù)，電流推導公式如下：
這種開(kāi)環(huán)控制技術(shù)是基于輸出電壓相對恒定（即LED串聯(lián)數量不變），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，從而實(shí)現當輸入電壓在一個(gè)比較寬的范圍內變化時(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到真正的恒流，也不利于生產(chǎn)的一致性。
正是DU8623的系統是使用全閉環(huán)高精度的恒流控制方法，減少了整機系統對外界條件高度一致的依賴(lài)性，同一款電源，對應不同的輸出電壓，不同的功率電感，輸出電流依然保持±0.9%以?xún)鹊暮懔骶�。充分說(shuō)明了閉環(huán)系統對于整個(gè)系統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，不僅可以減少因為輸出電壓不同而需要不同的電感的備料及庫存，還可以增加同一款料的采購量而進(jìn)一步降低采購成本，減少呆滯料的存放。并且還要達到更好的恒流效果！
4 結論
全閉環(huán)控制，檢測輸出電流，來(lái)發(fā)出PWM信號，是真正的恒流電源驅動(dòng)控制技術(shù)。實(shí)驗表明，相對于其他非閉環(huán)的方案，這種獨有的閉環(huán)恒流控制技術(shù)使輸出電流精度有了質(zhì)的飛躍，使整機電源在全電壓、全負載、電感變化范圍內的電流精度達到行業(yè)內目前最高的±0.9%�；诖碎]環(huán)控制技術(shù)，DU8623集成1A高壓MOSFET，并且根據某些應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驅動(dòng)供應商層出不窮，各種方案百花齊放。對于新興的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(xiàn)市場(chǎng)、迅速響應提供方案的IC設計公司才能夠笑到最后，才能夠最終把握趨勢，引領(lǐng)市場(chǎng)技術(shù)革新。 |
