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LED照明驱动芯片技术的创新设计

默菲
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随着白炽灯、荧光灯、节能灯陆续退出照明市场,LED照明光源和LED照明灯具迅速发展,以迅雷不及掩耳之势席 卷世界照明市场,LED产业链因此蓬勃发展。LED灯珠的亮 度不断提高,价格逐步下降;HVLEDs和倒装LED开拓LED 照明新的应用技术;LED驱动电源芯片不断推陈出新,集成 功能更多,性价比更好,应用更方便;塑包铝和高导热塑料 散热器为新一代LED光源和灯具提供了创新设计新空间。

室内LED光源和灯具必然是量大面广的消费电子产品,一定会海量生产,拥有蓝海市场。由于传统照明光源和灯具 预留给LED驱动电源的空间十分狭小,因此LED照明光源和 灯具的驱动电源必须做得十分小巧,驱动电源芯片要求性能 高度集成,以单级芯片为主,这就要求整个驱动电源的方案不但十分简洁,而且成本低廉;应用电路要求更少的外围器 件,要求LED驱动电源的芯片+周边零件的总数少于15个, 甚至少于10个。LED电源驱动电路采用精细小巧的变压器、 电感器、高度较低的电解电容器,甚至电源驱动电路不需要电解电容器、电感器或变压器。

LED照明驱动芯片技术的创新设计

图1 室内LED照明驱动主要模式

1 LED驱动电源主要模式

目前,室内LED照明光源和灯具的驱动电源分开关恒流 隔离和非隔离驱动、高压线性恒流驱动等几种模式,RC阻 容降压由于本身功耗较大和不安全、不恒流诸多不良因素已 在淘汰之中。RC阻容降压驱动的优点:电路简单、成本低廉;其缺 点:电网兼容差、输出电流偏小、本身功耗较大、不安全。 开关恒流驱动的优点:性能稳定、高效率、电网兼容强、方 便功能拓展、升压、降压、升降压应用方便自由;其缺点:体积较大、生产较复杂、成本略高。高压线性恒流驱动的优点:性能稳定、易自动化生产、无插件大量节省人工;其缺点:灯珠利用率略低、略有残余工频纹波。室内LED照明驱动主要模式如图1所示。

LED驱动单级电源芯片要求内置高压MOS管,线电压 补偿、源极驱动、过压/过流/过温保护、开路/短路保护等 LED照明驱动电源必须的技术都要集成在单级芯片之中。室内LED照明光源和灯具的狭小空间限定驱动电源芯片 采用单级芯片,这就要求驱动电源芯片的功能高度集成,电 源控制功能和各种保护功能尽可能地集成在芯片之中,驱动电源芯片的拓扑结构设计技术必须创新,不断创造新的模式 才能满足LED照明驱动技术的创新发展。

2 非隔离开关恒流驱动已成主流

薄型塑包铝散热器技术和HVLEDs技术的兴起,解决了 AC市电高压经电源变换点亮LED灯珠时内部高压电泄漏对 人体的安全问题,塑包铝散热器简单而轻松地解决了LED光 源和灯具内部高压与外部隔离的技术难点,因此采用应用电路简洁的非隔离开关恒流驱动电源已经成为通用平价LED照明光源和灯具的主流电源方案。非隔离开关恒流驱动电源芯片历经几代的开发更新,如今集成功能更多,应用电路更简 洁,应用成本更低,电源的性价比更有竞争力。

鉴于HVLEDs光源降低了发热,塑包铝散热器简单地解 决了LED灯具内的高低电压隔离,驱动电源的选择以恒流精 度、电源效率、功率因数的补偿(PFC)为主考虑因素,隔离 的开关恒流电源因使用变压器而总体效率一般在70%-88%, 功率因数补偿小于0.9;非隔离的开关恒流电源恒流精度可 达3%-5%,功率因数补偿大于0.9,电源效率大于90%,因此 成为LED照明灯具的首选。非隔离的恒流电源有非隔离的开 关恒流电源和高压线性恒流电源两种。

非隔离开关恒流驱动电源芯片设计已经高度集成化,已将LED驱动电源需要的功能,如宽电压输入高精度恒流输 出、过流保护、过压保护、LED短路和开路保护、CS电阻短 路保护、芯片供电欠压保护等必须的功能已集成在单级芯片 之中,功率输出的MOS管和恒流控制也集成在单个芯片上 了,应用电路十分简洁,周边零件一般可控制在15个以下, 可帮助为终端客户有效地控制材料成本和生产成本。

LED照明驱动芯片技术的创新设计

图2 BP2831A非隔离的开关恒流源

非隔离开关恒流驱动电源应用方案简洁,而且节省成本。如图2所示使用非隔离的开关恒流源芯片BP2831A设计 的5W LED球泡灯电源,输出DC80V、60mA,包括主芯片, 整个电路应用的元器件共计15个,电源效率在AC220V、满 载时达92%,电源可通过EMC测试。该电源的PCB板的直径 可小至Φ18mm。

LED照明驱动芯片技术的创新设计

图3 升级后的芯片应用方案

非隔离开关恒流驱动芯片的设计技术一直在不断创新 和改良之中,一种芯片推出之后,马上就针对存在的不足之 处进行改进,或增加新的功能,保持引脚不改变而推出下一 代的升级芯片,其价格不升反降,不但增强老客户凝聚力, 还能吸引新客户。如图3所示升级后的芯片应用方案可取消 原芯片应用方案的加粗部分,有效节省应用成本。

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