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  • 基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計
    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計
  • 基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計
  •   發(fā)布日期: 2019-11-05  瀏覽次數: 950

    本文介紹的這種極簡線路18W LED日光燈驅動方案,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,是順應這種“苛刻”要求而生的。簡單即完美的哲學在這種方案里發(fā)揮得淋漓盡致。

    2.1 第三代非隔離LED恒流控制技術閉環(huán)算法TRUEC2簡介

     

    針對LED照明負載特點,目前非隔離式的恒流驅動電源的拓撲結構基本上是BUCK降壓結構。非隔離LED恒流控制技術的發(fā)展分為三代,從最初的固定頻率模式,到后來的固定關斷時間模式,嚴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閉環(huán)算法,稱為TRUEC2的控制策略。上海占空比半導體公司的DU8618芯片,基于TRUEC2驅動技術,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,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,以此為標準來發(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。從電路拓撲上,二者沒有區(qū)別,都是非隔離的BUCK降壓拓撲。但是在芯片內部有兩個基準,一個是峰值基準,一個是平均值基準。芯片檢測到電感電流信號,做專利技術處理,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,實現(xiàn)了閉環(huán)控制。這種控制結構,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。這在生產應用中是非常重要的,這相當于大大降低了系統(tǒng)發(fā)生故障的風險。使得這種方案不僅在性能上有了質的飛躍,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、高電壓的設計,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以內的非隔離LED驅動需求。

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    圖1:芯片內部TRUEC2部分模塊工作示意

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

    DU8618是基于TRUEC2技術,專門用于18W LED非隔離日光燈驅動的芯片。

    基本電參數要求如下:

    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

    標稱輸出功率:18W

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

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    圖3:DU8618輸出18W非隔離LED日光燈驅動電源尺寸示意

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    圖4:PCB布板圖

    圖2原理圖顯示,實現(xiàn)18W的輸出功率,方案所需的所有元件為僅14個。圖3、圖4的直觀顯示表明,該方案小于一枚一元硬幣。上文介紹的先進的控制方式是實現(xiàn)更高的功率密度的根本原因。實際意義并不僅僅是提高了功率密度。技術進步所帶來的還包括: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、高電壓的設計思路是實現(xiàn)如此高效率的關鍵。

    2.3 實驗結果

    對于輸入電壓、負載LED變化情況下,我們測試得到如下線性、負載調整率結果:

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    圖5:系統(tǒng)線性調整率

    圖5的線性調整率接近0,這是因為芯片逐周期閉環(huán)控制,立刻響應,不會引起輸出電流變化。在實現(xiàn)如此理想的線性調整率的同時,還省卻了第二代控制芯片因為線性補償的許多外圍元器件,簡單即完美的哲學在此設計中再一次體現(xiàn)。

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    圖6:系統(tǒng)負載調整率

    高負載調整率的實際意義是多套燈負載可以用一套電源。例如12串輸出是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,在生產中對于備料、庫存管理有顯著價值。值得一提的是,如圖6,此系統(tǒng)在短路的時候依然實現(xiàn)了恒流,這就意味著:1. 短路保護通過最安全的方式實現(xiàn)。2. 這是真正意義的全負載恒流。

    圖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(tǒng)可以認為是恒定的輸出電流,即線性調整率接近0,負載調整率為±0.5%.量產時,由于參數一致性分布,大量試產數據表明,恒流精度小于±2%.

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    圖7:開關波形

    下面我們來看一下元件清單。

    基于TRUEC2技術的LED日光燈驅動方案設計

    總成本BOM成本低于$3.5.這個成績跟某些阻容降壓或者線性高壓方案比,算不上特別,但考慮到這樣的線性調整率、負載調整率以及系統(tǒng)效率,以及沒有任何工頻紋波的輸出恒流效果,筆者無意盲從眾生,高舉“低成本”的噱頭,只想表達簡單的設計哲學在成本核算時體現(xiàn)得淋漓盡致。

    3 趨勢展望

    筆者認為,隨著絕緣散熱材料的優(yōu)化普及,非隔離驅動方案是大勢所趨。其更高的效率實際意義除了降低能耗,更提高了LED燈珠使用率,降低成本,給消費者帶來動力。某些低價隔離方案,事實上完全沒有達到隔離的安規(guī),劍走偏鋒,不利于長遠發(fā)展。

    好在LED行業(yè)目前是個典型的短周期行業(yè),技術而非資本是核心競爭力。大膽的預測:

    - 隔離單級PF高紋波的方案遲早被“一級半”方案(高PF、低紋波、體積緊湊)所替代。

    - 線性高壓LED方案會逐步替代阻容降壓方案。

    - 成熟“一級半”方案大量面市之前,非隔離方案將漸漸奪取隔離方案的份額。

    - 非隔離方案亦朝兩個方向發(fā)展:一個是高端填谷式高效率、高PF、低紋波方案。一個是本文的全閉環(huán)超高性價比方案,其目標是讓LED日光燈在維持高品質的情況下,讓市場售價迫近30元人民幣,會引起市場爆發(fā)。

    可控硅調光方案,雖然伴隨著頑固的在墻上的可控硅會存留,并且有大量棄而不舍的廠商嘗試做“全兼容方案”,但隨著先進LED調光技術的興起,將退出歷史舞臺。取而代之的方案將給人們非常新穎的光體驗。


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