LED專題
深度分(fēn)析：LED 照(zhào)明(míng)中LED驅動電源的(de) 4 個(gè)發展方向
發布者：bosheng 日期：2016-01-15
由于傳統照(zhào)明(míng)光(guāng)源和(hé)燈具預留給LED驅動電源的(de)空間十分(fēn)狹小，因此LED照(zhào)明(míng)光(guāng)源和(hé)燈具的(de)驅動電源必須做(zuò)得(de)十分(fēn)小巧，驅動電源芯片要求性能高(gāo)度集成，而且要求成本低廉；應用(yòng)電路要求更少的(de)外圍器件，要求LED驅動電源的(de)芯片 + 周邊零件的(de)總數要求少于15個(gè)，甚至少于10個(gè)。
LED驅動電源主要模式
目前，室内LED照(zhào)明(míng)光(guāng)源和(hé)燈具的(de)驅動電源分(fēn)開關恒流隔離和(hé)非隔離驅動、高(gāo)壓線性恒流驅動等幾種模式，RC阻容降壓由于本身功耗較大(dà)和(hé)不安全、不恒流諸多(duō)不良因素已在淘汰之中。
R C阻容降壓驅動的(de)優點：電路簡單，成本低廉；其缺點：電網兼容差，輸出電流偏小，本身功耗較大(dà)，不安全。開關LED恒流驅動電源的(de)優點：性能穩定，高(gāo)效率，電網兼容強，方便功能拓展，升壓、降壓、升降壓應用(yòng)方便自由；其缺點：體積較大(dà)，生産較複雜(zá)，成本略高(gāo)。高(gāo)壓線性恒流驅動的(de)優點：性能穩定，易自動化(huà)生産，無插件大(dà)量節省人(rén)工；其缺點：燈珠利用(yòng)率略低，略有殘餘工頻(pín)紋波。
LED驅動電源單級電源芯片要求内置高(gāo)壓MOS管，線電壓補償、源極驅動、過壓/過流/過溫保護、開路/短路保護等LED照(zhào)明(míng)驅動電源必須的(de)技術都要求被集成在單級芯片之中。
室内LED照(zhào)明(míng)光(guāng)源和(hé)燈具的(de)狹小空間注定驅動電源芯片采用(yòng)單級芯片，這(zhè)就要求驅動電源芯片的(de)功能高(gāo)度集成，電源的(de)控制功能和(hé)各種保護功能盡可(kě)能的(de)集成在芯片之中。
非隔離開關恒流LED驅動已成主流
由于薄型塑包鋁散熱(rè)器技術和(hé)HVLEDs技術的(de)興起，解決了(le)AC市電高(gāo)壓經電源變換點亮LED燈珠時(shí)内部高(gāo)壓電洩漏對(duì)人(rén)體的(de)安全問題，塑包鋁散熱(rè)器簡單而輕松地解決了(le)LED光(guāng)源和(hé)燈具内部高(gāo)壓與外部隔離的(de)技術難點，因此采用(yòng)應用(yòng)線路簡潔的(de)非隔離開關恒流LED驅動電源已經成爲通(tōng)用(yòng)平價LED照(zhào)明(míng)光(guāng)源和(hé)燈具的(de)主流電源方案。非隔離開關恒流驅動電源芯片曆經幾代的(de)開發更新，其集成度更高(gāo)，集成功能更多(duō)，應用(yòng)電路更簡潔，應用(yòng)成本更低，電源的(de)性價比更有競争力。
基于HVLEDs光(guāng)源降低了(le)發熱(rè)，塑包鋁散熱(rè)器簡單地解決了(le)LED燈具内的(de)高(gāo)低電壓隔離。驅動電源的(de)選擇就以恒流精度、電源效率、功率因數的(de)補償（PFC）爲主考慮，隔離的(de)開關恒流電源因使用(yòng)變壓器而總體效率一般在70％～88%，功率因數補償小于0.9；非隔離的(de)開關恒流電源恒流精度可(kě)達3％～5%，功率因數補償大(dà)于0.9，電源效率大(dà)于90%，因此成爲L E D照(zhào)明(míng)燈具的(de)首選。非隔離的(de)LED恒流驅動電源有非隔離的(de)開關LED恒流電源和(hé)高(gāo)壓線性恒流電源二種。
非隔離開關恒流驅動電源芯片的(de)設計已經高(gāo)度集成化(huà)了(le)，将LED驅動電源需要的(de)功能，如寬電壓輸入高(gāo)精度恒流輸出、過流保護、過壓保護、LED短路和(hé)開路保護、C S電阻短路保護、芯片供電欠壓保護等必須的(de)功能已集成在單級芯片之中，功率輸出的(de)MOS管和(hé)恒流控制也(yě)都集成在一個(gè)芯片上了(le)，應用(yòng)電路十分(fēn)簡潔，周邊零件一般可(kě)控制在15個(gè)以下(xià)，也(yě)就是爲終端客戶有效的(de)控制材料成本和(hé)生産成本。
非隔離開關LED恒流驅動電源應用(yòng)方案簡潔，而且節省成本。如下(xià)圖所示的(de)使用(yòng)非隔離的(de)開關恒流源芯片BP2831A設計的(de)5W LED球泡燈電源，輸出DC80V、60mA，整個(gè)電路應用(yòng)的(de)元器件連主芯片共計15個(gè)，電源效率在AC220V、滿載時(shí)達92%，電源可(kě)過EMC測試。該電源的(de)PC B闆的(de)直徑可(kě)小至Φ18mm。
非隔離開關恒流驅動芯片的(de)設計技術一直在不斷創新和(hé)改良之中，一種芯片推出之後，馬上就針對(duì)存在的(de)不足之處進行改進，或增加新的(de)功能，保持引腳不改變而推出下(xià)一代的(de)升級芯片，其價格不升反降，因而不但增強老客戶凝聚力，還(hái)吸引新客戶。如下(xià)圖所示升級後的(de)芯片應用(yòng)方案可(kě)取消原芯片應用(yòng)方案的(de)紅線部分(fēn)，有效節省應用(yòng)成本。
隔離開關恒流驅動芯片占市三分(fēn)
隔離開關恒流驅動芯片還(hái)占有總體市場(chǎng)的(de)三分(fēn)之一。不少LED光(guāng)源和(hé)燈具還(hái)在使用(yòng)散熱(rè)性能良好的(de)鋁合金散熱(rè)器，這(zhè)就必須選用(yòng)隔離的(de)開關恒流驅動電源。
近年來(lái)，隔離的(de)開關恒流LED驅動電源芯片技術在不斷發展之中，從BP的(de)隔離的(de)開關恒流驅動電源芯片發展曆程來(lái)看，功率因數PFC>0.5的(de)芯片，經曆了(le)BP3102，到BP3122、BP3132，直到今天的(de)應用(yòng)簡潔廉價版的(de)BP9112；功率因數PFC>0.9的(de)芯片，經曆了(le)BP3309，到B P3318、BP3319。B P的(de)隔離開關恒流驅動芯片發展路徑如下(xià)圖所示。
隔離的(de)開關LED恒流驅動電源芯片的(de)技術改進是從升級後的(de)芯片應用(yòng)電路可(kě)去掉變壓器一個(gè)輔助繞組，及其附屬電路上的(de)二極管、電阻開始的(de)，如下(xià)圖所示。從而開創隔離的(de)開關LED恒流驅動電源芯片設計技術的(de)革新，即原邊反饋、去掉輔助繞組技術，爲其應用(yòng)電路有效節省成本。随後，又改變芯片對(duì)變壓器要求的(de)寬容度，改變芯片内部算(suàn)法設計，使其對(duì)變壓器的(de)部分(fēn)電參數不敏感，隻關注匝數比，從而有效降低變壓器制造成本。啓用(yòng)芯片内快(kuài)速啓動設計技術，以滿足應用(yòng)電路設計開燈即亮的(de)要求。芯片設計技術的(de)不斷創新，使新一代的(de)芯片功能不斷增加，制造成本不斷下(xià)降。
廉價開關恒流驅動芯片湧現
一種應用(yòng)技術簡單可(kě)靠，應用(yòng)成本低廉，性能高(gāo)度集成，隻有三個(gè)腳SOT89-3或TO92封裝的(de)隔離和(hé)非隔離應用(yòng)的(de)廉價開關LED恒流驅動電源芯片今年大(dà)批湧現，可(kě)能會給競争已經十分(fēn)激烈的(de)廉價室内L ED照(zhào)明(míng)驅動電源市場(chǎng)帶來(lái)烈火。它有隔離的(de)和(hé)非隔離的(de)幾款典型産品。
KP1032TP是一個(gè)高(gāo)度集成非隔離的(de)Buck-Boost開關恒流（CC）控制LED照(zhào)明(míng)電源驅動芯片，适用(yòng)LED照(zhào)明(míng)非隔離電路的(de)應用(yòng)。KP1032TP内部集成650V的(de)MOSFET管；集成了(le)高(gāo)壓快(kuài)速啓動/ IC自供電電路和(hé)一種新型變壓器消磁電路；集成欠壓鎖定(UVLO)、逐周期限流(OCP)、過溫保護(OTP)；LED開路/短路的(de)保護；Buck-Boost拓撲支持高(gāo)輸出電壓；恒流精度±4%；非常小的(de)VDD工作電流；内置AC線性恒流（CC）補償。
KP1031是一個(gè)高(gāo)度集成隔離的(de)PSR開關恒流（CC）控制LED照(zhào)明(míng)電源驅動芯片，内置650 V的(de)MOSFET管、集成高(gāo)壓快(kuài)速啓動/IC自供電電路和(hé)一種新型變壓器消磁電路，消除了(le)變壓器輔助繞組。在CC模式，集成電路使用(yòng)PFM控制CC補償。通(tōng)用(yòng)的(de)必須功能與KP1032雷同。
廉價開關恒流驅動芯片（見下(xià)圖）的(de)湧現可(kě)使平價LED光(guāng)源和(hé)燈具的(de)電源生産成本降至RMB一元或一元以下(xià)。廉價開關LED恒流驅動電源的(de)周邊元器件少于10個(gè)，生産成本甚至比傳統的(de)阻容降壓電源還(hái)低，有利于全面淘汰不安全也(yě)不恒流的(de)阻容降壓電源。
線性恒流驅動技術日趨完善
LED照(zhào)明(míng)燈具的(de)LED驅動電源追求高(gāo)PF（PowerFactor功率因素）和(hé)低THD（Total Harmonic Distortion，總諧波失真）既是客戶的(de)希望也(yě)是電力系統的(de)要求。能源之星和(hé)國際電信委員(yuán)會（ICE）規範LED驅動芯片必須具備高(gāo)功率因素校正（PFC）功能，以确保LED燈具的(de)轉換效率和(hé)燈具壽命。
LED光(guāng)源和(hé)燈具的(de)電源引入高(gāo)壓線性恒流驅動新一代電源技術，無電源的(de)開關變換頻(pín)率，因而也(yě)就無本身的(de)開關頻(pín)率殘餘，紋波也(yě)将大(dà)大(dà)降低；應用(yòng)電路無變壓器等磁性器件和(hé)電解電容器，線性電源的(de)P F因此提高(gāo)，THD因此下(xià)降。
高(gāo)壓線性LED恒流驅動電源芯片大(dà)多(duō)數是采用(yòng)分(fēn)段點亮的(de)技術來(lái)驅動H V L E D發光(guāng)。目前分(fēn)段的(de)方法有1段、3段、4段、6段等數種，分(fēn)段越多(duō)，電源工作效率越高(gāo)，但是連接到H V L E D的(de)控制線也(yě)增加，如分(fēn)成N段，控制線則N+1，分(fēn)段過多(duō)電源效率提高(gāo)并不明(míng)顯，但應用(yòng)線路略顯複雜(zá)，這(zhè)是LED燈具設計師所不希望的(de)。比較适合光(guāng)電一體化(huà)模塊應用(yòng)的(de)是1段、3段、4段的(de)分(fēn)段驅動。1段内置一個(gè)M O S的(de)驅動，雖然電源效率較差，但能滿足蠟燭燈的(de)特小空間的(de)需要；3段和(hé)4段驅動内置3～4個(gè)MO S F ET是目前優選的(de)恒流驅動方法，兼顧電源效率、P F和(hé)T H D，應用(yòng)方案比較簡潔，應用(yòng)成本較低。内置M O S F E T的(de)線性恒流驅動芯片特别适合于一體化(huà)光(guāng)電模塊的(de)應用(yòng)，其應用(yòng)電路零件少，有利于H V L E D的(de)配光(guāng)分(fēn)布設計。如三段高(gāo)壓線性恒流驅動電路十分(fēn)簡潔，周邊元器件很少，因此可(kě)以将驅動電源與HVLEDs光(guāng)源設計在同一塊鋁基闆或陶瓷基闆上。下(xià)圖爲三段高(gāo)壓線性LED恒流驅動電源芯片應用(yòng)圖。
高(gāo)壓線性LED恒流驅動電源目前的(de)輸入電壓範圍較窄，隻能适合定壓輸入，它的(de)脈動直流輸出還(hái)有寄生的(de)工頻(pín)及其倍頻(pín)的(de)殘餘，導緻其制成LED照(zhào)明(míng)燈後還(hái)有些許頻(pín)閃。這(zhè)些問題造成業内對(duì)光(guāng)引擎使用(yòng)環境受限較多(duō)、應用(yòng)範圍窄的(de)誤解。高(gāo)壓線性LED恒流驅動電源芯片是一種定電壓輸入的(de)驅動電源芯片，從最初對(duì)輸入電源的(de)±10%的(de)寬容度到現在的(de)±20%，即AC220V的(de)可(kě)從AC180-260V，基本滿足不少使用(yòng)地區(qū)電網波動的(de)要求；而面對(duì)頻(pín)閃問題，我們需要制定LED照(zhào)明(míng)燈的(de)頻(pín)閃評估共識，例如日光(guāng)燈、筒燈使用(yòng)時(shí)離開受衆均在50c m以上，那麽在50cm以外沒有頻(pín)閃就可(kě)被認定爲合格産品。縱然如此，光(guāng)電引擎都還(hái)需要在電源芯片設計上作進一步改進和(hé)技術提升。
高(gāo)壓線性驅動芯片經過幾代的(de)改進設計，現在已經從當初的(de)模拟電路芯片走向數模混合電路芯片，并向數字電路芯片發展，因此高(gāo)壓線性驅動芯片的(de)性能日趨完善，更加穩定；數模混合的(de)高(gāo)階分(fēn)段線性恒流驅動芯片已經量産。
高(gāo)PF和(hé)低THD高(gāo)壓線性恒流驅動芯片因其應用(yòng)電路簡潔高(gāo)效和(hé)應用(yòng)成本低廉，将會成爲室内平價LED光(guāng)源和(hé)燈具驅動電源首選之一。
高(gāo)壓線性LED恒流驅動電源芯片特别适合于工業自動化(huà)生産LED光(guāng)電合一的(de)模塊即“光(guāng)電引擎”，大(dà)大(dà)提高(gāo)生産效率和(hé)有效地節省人(rén)工。可(kě)以爲新一代LED光(guāng)源和(hé)燈具節省獨立電源的(de)空間和(hé)有效降低制造成本。下(xià)圖爲采用(yòng)高(gāo)壓線性LED恒流驅動芯片的(de)光(guāng)電引擎。
另一方面，由于高(gāo)導熱(rè)塑料散熱(rè)器、塑包鋁散熱(rè)器技術日趨完善，性價比更好，鋁塑散熱(rè)器的(de)成本比全金屬散熱(rè)器更低，絕緣性能更好，所以用(yòng)光(guāng)電引擎和(hé)塑包鋁散熱(rè)器組成的(de)光(guāng)源和(hé)燈具更加安全可(kě)靠。
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