本文應用上海占空比半導體公司的DU8613芯片，基于非隔離BUCK拓撲提供了一種3W球泡燈LED恒流控制驅動(dòng)方案，并提供了實(shí)驗數據和相關(guān)波形圖，并且展望了非隔離驅動(dòng)的發(fā)展空間。
市場(chǎng)目前主流3W驅動(dòng)電源簡(jiǎn)介
3W LED球泡燈是目前消費需求量最大的市場(chǎng)之一，目前主流的方案是3×1W，每個(gè)燈珠3.3V300mA，通過(guò)3個(gè)燈珠串聯(lián)方式形成負載，輸出負載為10V/300mA. 由于電網(wǎng)電壓整流后和此輸出負載電壓相差較大，所以最適合的方式是通過(guò)反激隔離降壓驅動(dòng)。然而隔離電路結構復雜，器件較多，成本較高，效率較低，可靠性較低，不適合批量生產(chǎn)。與隔離電路相對地，非隔離電路線(xiàn)路簡(jiǎn)單，所用器件少，體積小，成本較低，效率較高。隨著(zhù)市場(chǎng)對成本和效率的要求，非隔離電路在小功率LED驅動(dòng)領(lǐng)域開(kāi)始登上舞臺。
DU8613集成開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)化線(xiàn)路實(shí)現全閉環(huán)3WLED球泡燈恒流控制
DU8613是一款連續電流工作模式的降壓式恒流控制器，具有3%的系統恒流精度，內部集成了500V高壓MOSFET，在一定程度上簡(jiǎn)化了外圍電路，并且設定了采樣電阻開(kāi)路、短路保護，輸出過(guò)流、短路保護，過(guò)溫保護等保護功能。DU8613是基于TRUEC2技術(shù)，實(shí)現全閉環(huán)高精度的恒流控制方法，專(zhuān)門(mén)用于3WLED非隔離球泡燈驅動(dòng)的芯片。圖1所示是利用該芯片實(shí)現的一種降壓驅動(dòng)方案。如圖1芯片CS端檢測到的電感電流信號經(jīng)過(guò)專(zhuān)利技術(shù)處理，如圖2中的TRUEC2閉環(huán)恒流控制模塊，就得到電感電流(即輸出電流)的平均值。芯片通過(guò)檢測到的不同的輸出電流平均值控制開(kāi)關(guān)管占空比，從而實(shí)現閉環(huán)控制。
圖2：DU8613內部功能圖
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圖3：DU8613球泡燈應用實(shí)物圖及其PCB布線(xiàn)圖
LED恒流控制驅動(dòng)方案實(shí)驗結果實(shí)驗結果
我們選擇一個(gè)典型的LED球泡燈應用來(lái)做IC功能的驗證，基本電參數如下：
輸入電壓范圍：180~265VAC/50Hz 典型效率：>88%
輸出電壓范圍：3~52VDC 輸出電流：60mA
標稱(chēng)輸出功率：3W
對于輸入電壓、負載LED變化情況下，我們測試得到如下線(xiàn)性、負載調整率結果：
圖4：系統線(xiàn)性調整率
圖4的線(xiàn)性調整率接近0，這是因為芯片逐周期閉環(huán)控制，立刻響應，不會(huì )引起輸出電流變化，有效抑制了電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的擾動(dòng)。在實(shí)現如此理想的線(xiàn)性調整率的同時(shí)，還省卻了第二代控制芯片因為線(xiàn)性補償的許多外圍元器件，簡(jiǎn)單即完美的哲學(xué)在此設計中再一次體現。
圖5：系統負載調整率
圖5中的系統負載調整率為0.3%，它的實(shí)際意義是多套燈負載可以用一套電源。例如12串LED輸出是36V左右，24串輸出是72V左右，如果設計電流值相同，可以使用同一套電源，對于電源廠(chǎng)，在生產(chǎn)中對于備料、庫存管理有顯著(zhù)價(jià)值。值得一提的是，如圖6，此系統在短路的時(shí)候依然實(shí)現了恒流，這就意味著(zhù)：1. 短路保護通過(guò)最安全的方式實(shí)現。2. 這是真正意義的全負載恒流。
圖6：電感調整率
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市面上的傳統芯片利用開(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：
平均電感電流：ILav=ILpk-(1/2)×ILr
Lpk為電感峰值電流：ILpk=Vcs/Rcs
ILr為電感紋波電流：ILr=(Vout/L)×Toff
如果采用傳統芯片，電感的變化會(huì )引起輸出電流的變化,然而在批量生產(chǎn)時(shí)電感的一致性很難控制。圖6顯示，采用DU8613芯片，在不同的功率電感下，仍然能保持輸出電流恒定，因此降低了電感一致性的要求，有利于電感的批量采購，從而降低采購成本。
圖7：效率曲線(xiàn)
圖8：市場(chǎng)某公司隔離3WLED驅動(dòng)方案效率曲線(xiàn)
圖4、5、6可以看到，由于閉環(huán)控制，在設計的正常工作范圍內，輸出電流維持定值，單顆系統可以認為是恒定的輸出電流，即線(xiàn)性調整率接近0，負載調整率為±0.3%。量產(chǎn)時(shí)，由于參數一致性分布，大量試產(chǎn)數據表明，恒流精度小于±2%。圖7顯示，適當調整輸入，輸出標稱(chēng)功率3w的時(shí)候，系統效率可以在88%以上，即使是在全電壓輸入范圍內效率也能達到86%以上。圖8為市場(chǎng)某隔離3W方案的效率曲線(xiàn)。對比表明，對于小功率LED球泡燈，非隔離從節能角度相對于隔離是一種巨大進(jìn)步，如果折算到全球球泡燈耗電，這種節能減排的效果，是相當可觀(guān)的。
實(shí)驗表明，DU8613采用全閉環(huán)恒流控制能夠實(shí)現高精度恒流控制，應用于驅動(dòng)3W的球泡燈，總BOM成本低于1.5元。這個(gè)成績(jì)跟某些阻容降壓或者恒流二極管方案相當，而且它的線(xiàn)性調整率、負載調整率、系統效率，以及沒(méi)有任何工頻紋波的輸出恒流效果，使該芯片占有有利的優(yōu)勢。并且電路板器件少焊接容易，有利于批量生產(chǎn)。由于芯片全電流反饋對外界條件的依耐性弱的特點(diǎn)，在原料采購上既方便又可以降低成本。
LED恒流控制趨勢展望
順應市場(chǎng)的需要，降低成本、提高效率和可靠性已經(jīng)成為每個(gè)企業(yè)最求的目標。采用隔離反激變換器的電路比較復雜，變壓器存在較大損耗，進(jìn)而效率較低。LED本身是一種節能環(huán)保的新興替代光源，針對目前市場(chǎng)使用較多的3×1W隔離方案，是基于市場(chǎng)主流燈珠搭配而產(chǎn)生的，但是70%左右的效率令人失望，如果驅動(dòng)電源沒(méi)有足夠高的轉換效率，談何節能環(huán)保？
非隔離電路具有結構簡(jiǎn)單、器件少、成本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)，鑒于以上諸多優(yōu)點(diǎn)，非隔離電路將漸漸取代隔離電路在小功率LED驅動(dòng)電源的地位，成為這種驅動(dòng)電源的主流?；谏虾Ｕ伎毡裙镜腄U8613的驅動(dòng)方案在保證成本足夠低的基礎上，帶來(lái)了恒流精度高，效率高的優(yōu)勢。筆者認為，非隔離、小電流的特性正順應了市場(chǎng)的需要，必然會(huì )逐步取代隔離方案。
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