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    LED照明驱动技术的创新发展(下)

    2017年3月20日 来源: 互联网

    接上篇

    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。

    3 隔离开关恒流驱动芯片占市三分

    隔离开关恒流驱动芯片还占有总体市场的三分之一。 不少LED光源和灯具还在使用散热性能良好的铝合金散热 器,这就必须选用隔离的开关恒流驱动电源。

    近年来,隔离开关恒流驱动电源芯片技术在不断发展 之中,从BP的隔离开关恒流驱动电源芯片发展历程来看, 功率因数P F C > 0 . 5 的芯片, 经历了B P 3 1 0 2 , 到B P 3 1 2 2 、 BP3132, 直到今天应用简洁廉价版的BP9112; 功率因数 PFC>0.9的芯片,经历了BP3309,到BP3318、BP3319。BP的 隔离开关恒流驱动芯片发展路径如图4。

    隔离开关恒流驱动芯片的技术改进是从升级后的芯片

    LED照明驱动技术的创新发展(下)

    图5 隔离的开关恒流驱动芯片的技术革新

    LED照明驱动技术的创新发展(下)

    图6 廉价开关恒流驱动芯片

    应用电路可去掉变压器一个辅助绕组,及其附属电路上的二

    极管、电阻开始的,如图5所示。隔离开关恒流驱动芯片技 术最初的革新,即原边反馈、去掉辅助绕组技术,为其应用 电路有效节省成本。随后,又改变芯片对变压器要求的兼容 度,改变芯片内部算法设计,使其对变压器的部分电参数不 敏感,只关注匝数比,从而有效降低变压器制造成本。启用 芯片内快速启动设计技术,以满足应用电路设计开灯即亮的 要求。芯片设计技术的不断创新,使新一代的芯片功能不断 增加,制造成本不断下降。创新一代的芯片更具市场竞争 力。

    4 廉价开关恒流驱动芯片涌现

    一种应用技术简单可靠,应用成本低廉,性能高度集 成,只有三个脚采用SOT89-3或TO92封装的隔离和非隔离应 用的廉价开关恒流驱动芯片今年大批涌现。可能会给竞争已 经十分激烈的廉价室内LED照明驱动电源市场带来烈火。它 有隔离和非隔离的几款典型产品。

    KP1032TP是一个高度集成非隔离的Buck-Boost开关恒流

    (CC)控制LED照明电源驱动芯片,适合LED照明非隔离电路

    LED照明驱动技术的创新发展(下)

    图7三段高压线性恒流驱动芯片应用图

    LED照明驱动技术的创新发展(下)

    图8采用高压线性恒流驱动芯片的光电引擎

    的应用。KP1032TP内部集成 650 V的MOSFET管;集成了高 压快速启动/ IC自供电电路和一种新型变压器消磁电路;集 成欠压锁定(UVLO)、逐周期限流(OCP)、过温保护(OTP); LED开路/短路的保护;Buck-Boost拓扑支持高输出电压; 恒流精度±4%;非常小的VDD工作电流;内置AC线性恒流 (CC)补偿。

    KP1031是一个高度集成隔离的PSR开关恒流(CC)控制 LED照明电源驱动芯片,内置650 V的MOSFET管、集成高压 快速启动/ IC自供电电路和一种新型变压器消磁电路,消除 了变压器辅助绕组。在CC模式,集成电路使用PFM控制CC 补偿。通用的必备功能与KP1032雷同。

    廉价开关恒流驱动芯片(图6)的涌现可使平价LED光源 和灯具的电源生产成本降至RMB一元或一元以下。廉价开 关恒流驱动电源的周边元器件少于10个,生产成本甚至比传 统的阻容降压电源还低,有利于全面淘汰不安全也不恒流的 阻容降压电源。

    5 线性恒流驱动技术日趋完善

    LED照明灯具的驱动电源追求高PF(Power Factor功率因 数)和低THD(Total Harmonic Distortion,总谐波失真),既是 客户的希望也是电力系统的要求。能源之星和国际电信委 员会(ICE)规范要求LED驱动芯片必须具备高功率因素校正 (PFC)功能,以确保LED灯具的转换效率和灯具寿命。

    LED光源和灯具的电源引入高压线性恒流驱动新一代 电源技术,无电源的开关变换频率,就无本身的开关频率残 余,纹波也将大大降低;应用电路无变压器等磁性器件和电 解电容器,线性电源的PF因此提高,THD因此下降。

    高 压 线 性 恒 流 驱 动 芯 片 大 多 数 采 用 分 段 点 亮 的 技 术来驱动HVLED发光。目前分段的方法有1段、3段、4段、

    6段等数种, 分段越多, 电源工作效率越高, 但是连接到 H V L E D 的 控 制 线 也 越 多 , 如 分 成 N 段 , 控 制 线 数 量 则 为 N+1,分段过多时电源效率提高并不明显,但应用线路略显 复杂,这是LED灯具设计师所不希望的。比较适合光电一体 化模块应用的是1段、3段、4段的分段驱动。1段驱动内置一 个MOS,虽然电源效率较差,但能满足蜡烛等特小空间的 需要;3段和4段驱动内置3-4个MOS是目前优选的恒流驱动 方法,兼顾电源效率、PF和THD,应用方案比较简洁,应 用成本较低。内置MOS的线性恒流驱动芯片特别适合于一 体化光电模块的应用,其应用电路零件少,有利于HVLED 的配光分布设计。如三段高压线性恒流驱动电路十分简洁, 周边元器件很少,因此可以将驱动电源与HVLEDs光源设计 在同一块铝基板或陶瓷基板上。图7为三段高压线性恒流驱 动芯片应用图。

    高压线性恒流驱动电源目前的输入电压范围较窄,只 适合定压输入,它的脉动直流输出有寄生的工频及其倍频 的残余,导致其制成LED照明灯后有些许频闪。这些问题造 成业内对光引擎使用环境受限较多、应用范围窄的误解。高 压线性恒流驱动电源芯片是一种定电压输入的驱动电源芯 片,从最初对输入电源的±10%的宽容度到现在的±20%, 即AC220V的可从AC180V-260V,基本满足不少使用地区电 网波动的要求;而面对频闪问题,我们需要制定LED照明灯 的频闪评估共识,比如日光灯、筒灯使用时离开受众均在

    50cm以上,那么在50cm以外没有频闪就可被认定为合格产 品。纵然如此,光电引擎都还需要在电源芯片设计上作进一 步改进和技术提升。

    高压线性驱动芯片经过几代的改进设计,现在已经从当初的模拟电路芯片走向

    数模混合电路芯片,并向数字电路芯片发展,因此高压线性驱动芯片的性能日趋完善,更加稳定;数 模混合的高阶分段线性恒流驱动芯片已经量产。

    高PF和低THD高压线性恒流驱动芯片因其应用电路简 洁高效和应用成本低廉,将会成为室内平价LED光源和灯具 驱动电源首选之一。

    高压线性恒流驱动芯片特别适合于工业自动化生产LED 光电合一的模块即“光电引擎”,大大提高生产效率,并有 效地节省人工。可以为新一代LED光源和灯具节省独立电源 的空间和有效降低制造成本。图8 为采用高压线性恒流驱动 芯片的光电引擎。

    另一方面,由于高导热塑料散热器、塑包铝散热器技 术日趋完善,性价比更好,铝塑散热器的成本比全金属散热器更低,绝缘性能更好,所以用光电引擎和塑包铝散热器组

    成的光源和灯具更加安全可靠。

    6 小结

    LED照明驱动技术的创新发展依赖于LED照明驱动电源 芯片的技术创新发展。LED照明驱动电源芯片设计技术正在 日新月异地快速发展,芯片系统结构、拓扑结构设计技术不 断创新,芯片内部算法技术的创新,芯片设计除去无用冗 余、精算芯片面积将有效控制芯片成本。隔离和非隔离开关 恒流驱动芯片设计由繁而简,今天廉价开关恒流芯片的涌 现,更显LED照明驱动芯片技术创新的重要!高压线性恒流 驱动芯片的兴起,更彰显可以创新更多LED照明驱动电源芯 片的设计方法!因此,LED照明驱动技术必然会因此百花齐

    放,更加繁荣!

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