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摘要：  文章詳細介紹了基于TRUEC2技術非隔離BUCK拓撲，來實現(xiàn)18W極高精度日光燈LED恒流控制。試驗證明，全閉環(huán)TRUEC2技術實時檢測真實輸出電流，免受輸入電壓、外部電感影響，突破性地提高了LED輸出電流的精度。集成MOSFET，簡化外圍線路;控制方式免受電感影響。體積小可內(nèi)置于日光燈燈頭，是理想的非隔離恒流驅動方案。最后，對于LED驅動電源未來發(fā)展趨勢及其擔憂，筆者提出了自己的觀點。

關鍵字：  LED恒流控制，  TRUEC2，  LED照明，  

LED Constant Current Control Solution based on TRUEC2 Technology

Abstract: This paper presents the principle of a non-isolated BUCK topology based on TRUEC2 constant current control， using integrated MOSFET PWM control IC: Duty Cycle Company’s DU8618. The experiment demonstrates that this control method can effectively increase the accuracy of the output current， which is not subject to the line voltage and external inductor. The Robustness is also increased compare with open loop control solution. The integration of MOFET results in the decreasing of external components， which in turn decreases total cost. A very cost-effective 18W Tube LED solution is detailed illuminated here.

Keyword: TRUEC2 /LED Constant Current Control / Close loop current control/ DU8618

1 引 言

進入2013年，我們切身感受到了LED行業(yè)發(fā)展的陣陣暖意。目前有好幾個趨勢正在推動LED照明市場的發(fā)展。首先是高亮度LED效率的不斷提升和高效率高可靠性恒流LED驅動電源的不斷涌現(xiàn)，其次是全球立法禁止白熾燈照明和CFL節(jié)能燈的逐步淡出(它含有對環(huán)境有害的水銀)。這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個長期的發(fā)展趨勢。更重要的是，低成本(包括LED燈珠、散熱系統(tǒng)和LED驅動器)是消費者廣泛采用LED通用照明的原始推動力。除了節(jié)能減排的重大使命以外，LED相比于其他光源更可控的特點使其可能革命性的豐富人們的用光環(huán)境，提供許多新穎的光影世界。而實現(xiàn)這些應用最為關鍵的環(huán)節(jié)就是驅動：LED光源的大腦。更小體積、更少元件、更低成本、更強大，這些是市場對LED驅動電源的“苛刻”要求。

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(nèi)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(chǎn)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(nèi)的非隔離LED驅動需求。

圖1 芯片內(nèi)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)18WLED日光燈恒流控制

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

基本電參數(shù)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

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

體積小于一元硬幣

可內(nèi)置于日光燈堵頭

圖3 DU8618輸出18W非隔離LED日光燈驅動電源尺寸示意

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(diào)整率結果：

圖5系統(tǒng)線性調(diào)整率

圖5的線性調(diào)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(diào)整率的同時，還省卻了第二代控制芯片因為線性補償?shù)脑S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)。

圖6 系統(tǒng)負載調(diào)整率

高負載調(diào)整率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，對于電源廠，在生產(chǎn)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(nèi)，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(diào)整率接近0，負載調(diào)整率為±0.5%。量產(chǎn)時，由于參數(shù)一致性分布，大量試產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，恒流精度小于±2%.

圖7 開關波形

下面我們來看一下元件清單。

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(diào)整率、負載調(diào)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。

4 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(diào)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(diào)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。

崇效天，卑法地。筆者作為節(jié)能環(huán)保事業(yè)的狂熱追求者，作為LED業(yè)內(nèi)人士，深信先進技術是未來簡單、完美而光明世界的唯一驅動力。創(chuàng)造力永遠是人類得以生存、進化的原動力。盲目低價低質惡性競爭的所謂“商業(yè)行為”，只能謀取短期私利，自毀長城，使消費者對LED產(chǎn)品喪失信心。廣東省質量技術監(jiān)督局在去年8月通報LED燈產(chǎn)品質量省級專項監(jiān)督抽查結果，在7個地市21家企業(yè)生產(chǎn)的LED燈產(chǎn)品共23批次，產(chǎn)品不合格率為73.9 %。這樣的調(diào)查數(shù)據(jù)，你還敢用LED產(chǎn)品嗎?你還能相信它節(jié)能環(huán)保嗎?這就是走火入魔的結果，一個有良知的業(yè)內(nèi)人士，唯有對先進技術孜孜不倦追求，才是造福人類的唯有途徑。

定稿日期：2013-02-18

作者簡介：

李明峰，浙江大學電力電子專業(yè)碩士畢業(yè)。曾就職于艾默生網(wǎng)絡能源、美國國際整流器公司全球技術支持中心、BCD半導體。在IEEE及國內(nèi)核心電力電子期刊發(fā)表數(shù)十篇技術論文，近年來專注于LED照明市場趨勢研究及行業(yè)優(yōu)勢資源整合。

李照詳，畢業(yè)于中國石油大學電子信息工程專業(yè)。在深圳福來特、鴻鵬錦、東莞遠見等多家公司就職從事LED驅動電源方案設計工作。目前在上海占空比公司負責華南地區(qū)技術支持和LED驅動電源整體方案提供工作。

張義，曾就職于環(huán)球邁特和美國GE中國研究中心。目前在中國LED標準委員會半導體照明技術標準工作組從事標準撰寫工作。

張占松：廣東省電源行業(yè)協(xié)會/學會理事長。1960年畢業(yè)于華中理工大學工業(yè)企業(yè)電氣化與自動化專業(yè)。先后工作于中國科學院、科技學院工學院，六零年后從亊學校和實際應用工作，是可控硅MOSFET IGBT資深工作者，開關電源著作有高頻開關穩(wěn)壓電源/開關電源的原理和設計/電路和系統(tǒng)仿真實踐/2010年后合編著高頻變換技術教程/開關電源技術教程等高校試用教材/是中囯電源學會副理亊及廣東省電源學會1至3屆理事長及廣東省科協(xié)常委。