基于一種單級(jí)APFC芯片的LED照明驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

LED照明驅(qū)動(dòng)電源恒流控制技術(shù)的進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）芯片外圍控制電路的不斷簡(jiǎn)化，主級(jí)側(cè)恒流技術(shù)（PSR）已經(jīng)趨向成熟；2）芯片的恒流精度不斷提高，為降低生產(chǎn)的偏差、提升電源大批量生產(chǎn)的可靠性提供有力的保障；3）LED照明專(zhuān)用單級(jí)APFC芯片的出現(xiàn)和技術(shù)成熟，使得電源的體積和成本的進(jìn)一步下降。順應(yīng)LED照明市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，豐明源半導(dǎo)體（BPSEMI）在2011年推出了主級(jí)側(cè)恒流控制（PSR）的BP31XX系列的驅(qū)動(dòng)芯片。如適用于PSR隔離方案的BP3102、，BP3105、BP3108，以及單級(jí)APFC控制BP33XX系列的驅(qū)動(dòng)芯片BP3309和BP3308。

創(chuàng)新的LED驅(qū)動(dòng)電源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)

目前LED照明燈具的驅(qū)動(dòng)電源對(duì)變壓器、電感器參數(shù)的要求十分高，為求精準(zhǔn)需花費(fèi)大量的人力和財(cái)力才能實(shí)現(xiàn)，工業(yè)化生產(chǎn)成本很難進(jìn)一步下降。通過(guò)對(duì)LED驅(qū)動(dòng)恒流源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新和突破，新的解決方案可以在LED燈具驅(qū)動(dòng)電源實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸出電流對(duì)變壓器和電感的電感量和LED的VF等參數(shù)不太敏感。創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵是優(yōu)化芯片算法語(yǔ)言。圖1展示BP31XX系列主級(jí)側(cè)恒流控制的一種新的原理，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，芯片控制輸出電流峰值，并通過(guò)輔助繞組反饋，使得退磁時(shí)間和芯片開(kāi)關(guān)周期的比例固定，這樣就可以使得輸出電流與外圍的電感量偏差和輸出電壓的偏差無(wú)關(guān)，而LED的VF值的偏差和電感偏差正是批量生產(chǎn)面臨的最大的問(wèn)題。通常來(lái)說(shuō)，批量生產(chǎn)的變壓器電感量和LED的VF都會(huì)有5~10%左右的偏差。而B(niǎo)P31XX系列的LED照明恒流驅(qū)動(dòng)電源，批量精度可達(dá)3%以內(nèi)，可以容許變壓器和電感參數(shù)有較大的允差，這就降低了規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的成本并促進(jìn)流水線的持續(xù)快速生產(chǎn)。

圖1 BP31XX系列主級(jí)側(cè)恒流控制技術(shù)工作原理。

BP31XX的應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)化，周邊需要的零件很少，符合低成本、工業(yè)化生產(chǎn)的理念。圖2是典型應(yīng)用電路，采用主級(jí)側(cè)恒流技術(shù)后，次級(jí)的反饋電路不再成為電源體積和成本方面的障礙，這給那些對(duì)于電源體積要求極為苛刻的場(chǎng)合帶來(lái)了極大的便利，如球泡燈、GU10射燈等。傳統(tǒng)的光耦反饋結(jié)構(gòu)還存在光耦老化和很難過(guò)安規(guī)測(cè)試的問(wèn)題，對(duì)于球泡燈內(nèi)部60-90℃的應(yīng)用環(huán)境溫度來(lái)說(shuō)，可靠性問(wèn)題更成為生產(chǎn)廠商和客戶關(guān)注的焦點(diǎn)。主級(jí)側(cè)恒流技術(shù)的成熟，特別是創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)電源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)，使得應(yīng)用電路對(duì)變壓器和電感的某些難以質(zhì)控的參數(shù)變得不敏感，對(duì)于LED照明電源和燈具廠商來(lái)說(shuō)，既方便提高產(chǎn)品性能，又可降低成本，是一種雙贏的選擇。

圖2 BP3105的典型應(yīng)用電路

盡管電路周邊零件器件減少了，但電源電路設(shè)計(jì)者需要選擇高品質(zhì)的有限器件，如MOS的耐壓要高，電解電容器要采用高密封性、高抗水合處理能力、高抗過(guò)載能力的，125℃ 10000小時(shí)的長(zhǎng)壽命產(chǎn)品，以適應(yīng)長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下工作。

LED照明專(zhuān)用的單級(jí)APFC芯片

LED恒流驅(qū)動(dòng)電源的另一個(gè)熱門(mén)趨勢(shì)就是含自動(dòng)高功率因數(shù)補(bǔ)償、低諧波的單級(jí)APFC控制芯片。美國(guó)能源之星標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于5W以上固態(tài)照明燈具有具體明確的PF值的要求。因此，今年來(lái)LED照明燈具廠家對(duì)單級(jí)APFC芯片的需求大大增加?，F(xiàn)有的單級(jí)PFC芯片由于不是為L(zhǎng)ED照明專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，普遍存在一些缺陷，如較長(zhǎng)的啟動(dòng)時(shí)間、需要光耦和外部基準(zhǔn)反饋、原邊反饋的批量生產(chǎn)電流精度差等等，使得目前以6562和7527為代表的APFC恒流方案繼續(xù)被大量使用，這樣對(duì)于LED照明驅(qū)動(dòng)電源體積和成本近一步減小都比較困難。因此，新的LED照明專(zhuān)用單級(jí)APFC的方案也是LED照明燈具行業(yè)所祈求的。

BP3309是新一代LED照明專(zhuān)用單級(jí)APFC芯片，圖3是BP3309的典型應(yīng)用電路，芯片主級(jí)側(cè)恒流控制（PSR），無(wú)需次級(jí)光耦和TL431等反饋電路；該芯片采用專(zhuān)利的源級(jí)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，啟動(dòng)時(shí)間很短，在85VAC，1M歐姆啟動(dòng)電阻的條件下小于200ms的啟動(dòng)時(shí)間，提高系統(tǒng)效率；采用LED照明燈具必須的軟啟動(dòng)無(wú)過(guò)沖技術(shù)；芯片具備的保護(hù)功能齊全，自帶短路保護(hù)、開(kāi)路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、取樣電阻短路保護(hù)，當(dāng)故障解除時(shí)，芯片可以自動(dòng)恢復(fù)正常工作。另外，BP3309芯片解決了線性調(diào)整率，負(fù)載調(diào)整率，批量恒流精度的偏差的問(wèn)題（如表一）。這樣的LED電源驅(qū)動(dòng)方案能夠符合企業(yè)大批量生產(chǎn)的要求，先進(jìn)的PSR單級(jí)APFC方案與傳統(tǒng)的付邊反饋方案相比既節(jié)省電源的空間和成本，又提高了可靠性。

圖3 單級(jí)APFC的BP3309典型應(yīng)用圖。

表1 BP3309的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率

本文小結(jié)

隨著LED照明產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展以及各國(guó)能源標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，在保證轉(zhuǎn)化效率的前提下，LED照明的電源的發(fā)展將繼續(xù)朝著更小體積、更少元件、更高精度、更利于生產(chǎn)的方向發(fā)展，因此，新的電源芯片恒流控制技術(shù)以及單級(jí)APFC技術(shù)的進(jìn)一步完善成熟，對(duì)于LED照明電源性能的提升和成本下降、體積的縮小起到非常顯著的作用。
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