推薦:一款高效率3W LED非隔離球泡燈驅動設計
發布時間:2013-12-13 責任編輯:eliane
【導讀】3W LED球泡燈是目前消費需求量最大的市場之一,市場競爭的激烈雖然可以使3W隔離驅動方案達到低成本,但是低效率問題讓人頭疼,本文設計的一款3W LED非隔離球泡燈驅動方案,在成本低的基礎上,還能實現高精度、高效率需求,對工程師們是個很好的參考。
隨著絕緣散熱材料的優化普及,非隔離驅動方案是大勢所趨。更高的效率的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。目前中國LED標準尚未確立,因為市場激烈競爭,目前市場3W隔離驅動方案可以達到極低成本,但存在一些問題。
市場目前主流3W驅動電源簡介
3W LED球泡燈是目前消費需求量最大的市場之一,目前主流的方案是3×1W,每個燈珠3.3V300mA,通過3個燈珠串聯方式形成負載,輸出負載為10V/300mA。由you於yu電dian網wang電dian壓ya整zheng流liu後hou和he此ci輸shu出chu負fu載zai電dian壓ya相xiang差cha較jiao大da,所suo以yi最zui適shi合he的de方fang式shi是shi通tong過guo反fan激ji隔ge離li降jiang壓ya驅qu動dong。然ran而er隔ge離li電dian路lu結jie構gou複fu雜za,器qi件jian較jiao多duo,成cheng本ben較jiao高gao,效xiao率lv較jiao低di,可ke靠kao性xing較jiao低di,不bu適shi合he批pi量liang生sheng產chan。與yu隔ge離li電dian路lu相xiang對dui地di,非fei隔ge離li電dian路lu線xian路lu簡jian單dan,所suo用yong器qi件jian少shao,體ti積ji小xiao,成cheng本ben較jiao低di,效xiao率lv較jiao高gao。隨sui著zhe市shi場chang對dui成cheng本ben和he效xiao率lv的de要yao求qiu,非fei隔ge離li電dian路lu在zai小xiao功gong率lvLED驅動領域開始登上舞台。
全閉環非隔離降壓恒流LED驅動設計
DU8613是一款連續電流工作模式的降壓式恒流控製器,具有3%的係統恒流精度,內部集成了500V高壓MOSFET,在一定程度上簡化了外圍電路,並且設定了采樣電阻開路、短路保護,輸出過流、短路保護,過溫保護等保護功能。DU8613是基於TRUEC2技術,實現全閉環高精度的恒流控製方法,專門用於3W LED非隔離球泡燈驅動的芯片。

圖1:全閉環非隔離降壓恒流LED驅動電源參考示意圖

圖2:DU8613內部功能圖

圖3:DU8613球泡燈應用實物圖及其PCB布線圖
實驗結果
我們選擇一個典型的LED球泡燈應用來做IC功能的驗證,基本電參數如下:
輸出電壓範圍:3~52VDC輸出電流:60mA
標稱輸出功率:3W
對於輸入電壓、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:

圖4:係統線性調整率
圖4的線性調整率接近0,zheshiyinweixinpianzhuzhouqibihuankongzhi,likexiangying,buhuiyinqishuchudianliubianhua,youxiaoyizhiledianwangdianyabodongyinqideraodong。zaishixianrucilixiangdexianxingtiaozhenglvdetongshi,haishengqueledierdaikongzhixinpianyinweixianxingbuchangdexuduowaiweiyuanqijian,jiandanjiwanmeidezhexuezaicishejizhongzaiyicitixian。

圖5:係統負載調整率
圖5中的係統負載調整率為0.3%,它的實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,對於電源廠,在生產中對於備料、庫存管理有顯著價值。值得一提的是,如圖6,此係統在短路的時候依然實現了恒流,這就意味著:1.短路保護通過最安全的方式實現。2.這是真正意義的全負載恒流。

圖6:電感調整率
[page]市麵上的傳統芯片利用開環的控製技術——固定Toff的控製技術,電流推導公式如下:
平均電感電流:ILav=ILpk-(1/2)×ILr
ILpk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,電感的變化會引起輸出電流的變化,然而在批量生產時電感的一致性很難控製。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,有利於電感的批量采購,從而降低采購成本。

圖7:效率曲線

圖8:市場某公司隔離3W LED驅動方案效率曲線
圖4、5、6可以看到,由於閉環控製,在設計的正常工作範圍內,輸出電流維持定值,單顆係統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±0.3%。量產時,由於參數一致性分布,大量試產數據表明,恒流精度小於±2%。圖7顯示,適當調整輸入,輸出標稱功率3w的時候,係統效率可以在88%以上,即使是在全電壓輸入範圍內效率也能達到86%以上。圖8為市場某隔離3W方案的效率曲線。對比表明,對於小功率LED球泡燈,非隔離從節能角度相對於隔離是一種巨大進步,如果折算到全球球泡燈耗電,這種節能減排的效果,是相當可觀的。
[page]
實驗表明,DU8613采用全閉環恒流控製能夠實現高精度恒流控製,應用於驅動3W的球泡燈,總BOM成本低於1.5元。這個成績跟某些阻容降壓或者恒流二極管方案相當,而且它的線性調整率、負載調整率、xitongxiaolv,yijimeiyourenhegongpinwenbodeshuchuhengliuxiaoguo,shigaixinpianzhanyouyoulideyoushi。bingqiedianlubanqijianshaohanjierongyi,youliyupiliangshengchan。youyuxinpianquandianliufankuiduiwaijietiaojiandeyinaixingruodetedian,zaiyuanliaocaigoushangjifangbianyoukeyijiangdichengben。
趨勢展望
順應市場的需要,降低成本、提高效率和可靠性已經成為每個企業最求的目標。
采用隔離反激變換器的電路比較複雜,變壓器存在較大損耗,進而效率較低。LED本身是一種節能環保的新興替代光源,針對目前市場使用較多的3×1W隔離方案,是基於市場主流燈珠搭配而產生的,但是70%左右的效率令人失望,如果驅動電源沒有足夠高的轉換效率,談何節能環保?
非隔離電路具有結構簡單、器件少、成本低、效率高等優點,鑒於以上諸多優點,非隔離電路將漸漸取代隔離電路在小功率LED驅動電源的地位,成為這種驅動電源的主流。本文介紹的基於DU8613的驅動方案在保證成本足夠低的基礎上,帶來了恒流精度高,效率高的優勢。筆者認為,非隔離、小電流的特性正順應了市場的需要,必然會逐步取代隔離方案。
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