一種無(wú)紋波頻閃線性高壓LED驅(qū)動(dòng)方案ORG8510

1、無(wú)紋波頻閃線性高壓LED驅(qū)動(dòng)方案（ ORG8511). 高壓 LED“高壓 LED” ，一種是 LED生產(chǎn)廠家提供串聯(lián)好的小功率 LED，如圖1左圖所示，它只是集成 LED的一種，而右圖所示的集成 LED和前者的主要區(qū)別是，前者是全部串聯(lián)，后者是串并聯(lián)。集 成 LED的特點(diǎn)是在大晶片上采用開(kāi)槽的方法，將其切割成若干小 LED，然后用絕緣層把這些溝槽填平，按照串并聯(lián)要求鋪設(shè)連接各個(gè) LED的導(dǎo)線。圖1高壓 LED無(wú)論哪種“高壓 LED” ，本文所討小 電 流 ( 小 于 100mA) ， 較 高 電壓 的 LED論的線性高壓 LED 驅(qū)動(dòng)方案，是較驅(qū)動(dòng)方案。圖2LED 負(fù)載特性LED的負(fù)載特性如

2、圖2所示，根據(jù) LED的負(fù)載特性，高壓 LED需要有一種可控恒流源來(lái)控制。經(jīng) 過(guò)整流的工頻交流電電壓，如果將此電壓直接加到輸出 LED 上面，這樣的問(wèn)題是無(wú)法實(shí)現(xiàn)恒流，即整個(gè)工頻周期內(nèi)通過(guò)LED電流不恒定。一 . 無(wú)法實(shí)現(xiàn)亮度的控制。二 . LED燈珠壽命大大縮短。根據(jù)控制要求不同，主要的恒流控制方法有：開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)、阻容降壓驅(qū)動(dòng)以及線性高壓驅(qū)動(dòng)。二.技術(shù)路線 PK2.1 線性 高壓 驅(qū) 動(dòng)vs.高 頻 開(kāi) 關(guān) 電 源 驅(qū)動(dòng)在 LED 燈珠負(fù)載里串接 MOSFET，讓 MOSFET閉環(huán)受控于 LED負(fù)載電流，工作在線性區(qū)，使線路產(chǎn)生“恒流-變壓”效果，這樣在 LED負(fù)載通過(guò)的就 是 恒 定電

3、流 ，而串 接 的 MOSFET 承 受 了變 化 的電 壓 。這 就 是 類 似 LDO(LowDropout Regulator 低 壓 差 線 性 穩(wěn) 壓器 ) 的 工 作 原理 。 簡(jiǎn) 單 說(shuō)來(lái) ， 這 就 是線性高壓驅(qū)動(dòng) LED的工作原理。高頻開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)，是通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)、磁性元器件，將交流市電轉(zhuǎn)換為 LED需求的電壓、電流。高頻開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)又分為隔離和非隔離兩種。相比與高頻開(kāi)關(guān)電源，線性高壓方案的優(yōu)點(diǎn)主要是：線路簡(jiǎn)單，電路工作在工頻線性模式，不是工作在高頻模式，省去了高頻電感，同時(shí)沒(méi)有EMI 的問(wèn)題，省去了 EMC電路。而高頻開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)相比于線性高壓方案，在線路復(fù)雜許多，但可以靈

4、活實(shí)現(xiàn)各種負(fù)載輸出需求。兩 者應(yīng)用場(chǎng)合不同，嚴(yán)格意義上講不具有可比性，這就比如你可以比較兩種品牌的汽車的功率、扭矩等等，但你拿開(kāi)汽車跟騎馬比哪一種更好呢，因?yàn)轳R匹沒(méi)有扭矩。我們接下去著重比較線性高壓方案和它的主要對(duì)手：傳統(tǒng)阻容降壓方案。2.2線性 高 壓 驅(qū) 動(dòng)vs.阻 容 降 壓 驅(qū)動(dòng)阻容降壓工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流，電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流，而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。如圖3所示，由于整流管的導(dǎo)通電阻只有幾歐姆，穩(wěn)壓管 VS的動(dòng)態(tài)電阻為10歐姆左右，限 流 電 阻 R1及負(fù) 載 電阻 一 般 為 100

5、200 ，而濾 波 電 容 一 般為 100uF1000uF ，其容抗非常小，可以忽略。若用 R代表除 C1以外所有元器件的等效電阻，可以畫(huà)出圖3下圖的交流等效電路。同時(shí)滿足了R 的條件,所以可以畫(huà)出電壓向量由于 R甚小于，R上的壓降也遠(yuǎn)小于 C1上的壓降，所以 VC1與電源電壓 V近似相等，即=V。根據(jù)電工原理可知：串聯(lián)電容的容抗為 ，以1uF 、 50Hz 交流 電 為 例 ， 其 容抗 =3185 歐 姆 (1/2*3.14*50*10e-6) ，整 流后的 直 流 電流 平 均 值 Id 。圖3 阻容降壓驅(qū)動(dòng)高壓 LED示意目前，阻容降壓方案依然是市場(chǎng)上存在的用量巨大的方案。存在即合理

6、，它的簡(jiǎn)單，對(duì)于 LED市場(chǎng)階段發(fā)展需求，起到了不可磨滅的貢獻(xiàn)。但筆者的觀點(diǎn)是，阻容降壓無(wú)法充分發(fā)揮 LED光源的兩大優(yōu)勢(shì)：1.長(zhǎng)壽命。極佳的可控性。 長(zhǎng)期趨勢(shì)，阻容降壓會(huì)漸漸被線性高壓和高頻開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)方案所替代。而阻容降壓方案當(dāng)前面臨的最大直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，就是異軍突起的線性高壓方案。比較典型高壓工藝芯片 ORG8511，單芯片內(nèi)集成控制器，是單開(kāi)關(guān)控制的經(jīng)典簡(jiǎn)化方案。取18WT8LED 日光燈應(yīng)用，使用線性高壓和阻容降壓兩種方案，請(qǐng)看下文的性能、成本直接對(duì)比詳解。設(shè)計(jì)目標(biāo)：輸 入電 壓 范 圍 ： 200265VAC/50Hz效 率 ： 82%輸 出電 壓 范 圍 ： 260VDC輸 出 電

7、 流 ： 70mA標(biāo)稱輸出功率：18W18WT8應(yīng)用線路圖比較圖4阻容降壓應(yīng)用線路圖圖5ORG8511 線性高壓原理圖從上面線路圖上來(lái)看，兩種方案外圍元器件個(gè)數(shù)相當(dāng)，主要是阻容降壓 兩 個(gè) 大容 量 高 壓 CBB(1uF/400V*2 CBB)或更 大 與高 壓線 性 方案 控 制 芯 片ORG8511的 差 別 ;1uF/400V CBB 電 容市 場(chǎng) 價(jià)大 概 0.8RMB 左 右 ，兩 個(gè) CBB 與芯片的成本相當(dāng)，所以這兩種方案從元器件成本上來(lái)說(shuō)是相當(dāng);18WT8PCB板上的對(duì)比圖 6 阻 容 降壓 應(yīng) 用 PCB 版 圖 (W:17mm; L:90mm)圖 7 ORG8511 內(nèi)置

8、 于 LED 燈 板 (W:12mm; L:1170mm)圖8局部放大圖一圖9 局部放大圖二從 上面 PCB layout可 以 看出 ，因 為 ORG8511 方 案 只 有一 個(gè) 電 解 是插 件 ，其 它 均 為貼 片 器 件 ，且 10uF/400V 電 解 可內(nèi) 置 于 T8 燈 頭內(nèi) ，故 可 省 略 驅(qū) 動(dòng)電 源 板 。而 阻 容 降 壓 因 為 其兩 個(gè) CBB 電 容 (1uF/400V) 的體 積 大且 輸 出 端 還有 一 個(gè) 電 解 電容 (10uF/400V) ， 無(wú) 法 內(nèi) 置 于燈 板 上 。 從整 個(gè) 系 統(tǒng) 上來(lái) 看 ，由于 ORG8511方省去了驅(qū)動(dòng)板，工廠

9、生產(chǎn)和安裝上都帶來(lái)方便，成本上也有下列節(jié)?。?).RMB1.0 左右 。無(wú)需連接線材;2).無(wú)需驅(qū)動(dòng)PCB;這使得整個(gè)系統(tǒng)節(jié)省性能對(duì)比阻容降壓的缺點(diǎn)如下：1).無(wú)法恒流，輸入電壓越大輸出電流越大;2).正溫度特性，溫度越高輸出電流越大;3).輸出電流紋波大：為100HZ 正弦波，存在嚴(yán)重頻閃;4).耐電壓沖擊能力差，輸出易產(chǎn)生過(guò)沖電流;以上缺點(diǎn)，導(dǎo)致使用阻容降壓電源 LED普遍光衰嚴(yán)重，整燈壽命短。ORG8511高壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)線性高壓方案特點(diǎn)：1).閉環(huán)恒流;2).回授電流補(bǔ)償，當(dāng)出現(xiàn)250V 以上高電壓的情況可保證LED 不損壞;LED 壽命長(zhǎng)，方案安全性高3). 無(wú)任何輸出電流紋波：高頻和低

10、頻;4 ）支持前切、后切、兩邊切可控硅調(diào)光阻容及 ORG8511的測(cè)試對(duì)比：阻容測(cè)試：應(yīng)用線路：測(cè)試數(shù)據(jù)：輸入電總功耗輸入電LED電壓LED平均電PFC效率LED的功壓（V）(W)流 (mA)(V)流 (mA)耗 (W)10000138000.00110001491.100.161200.67101544.10.53694.24%0.631301.26161577.60.56994.70%1.191401.912316011.30.58694.66%1.811502.672916215.60.59694.65%2.531603.493616520.10.59895.03%3.321704.44

11、216724.50.60192.99%4.091805.294916929.10.59692.97%4.921906.265517133.90.59192.60%5.802007.2862173390.58192.68%6.752108.286917543.90.57292.78%7.682209.377517748.80.56692.18%8.6423010.48117853.80.55792.08%9.5824011.58718058.40.5591.41%10.5125012.69418263.90.5492.30%11.6326013.810018368.70.53391.10%12.

12、57ORG8511 測(cè)試方案：應(yīng)用線路圖：測(cè)試數(shù)據(jù)：Test Result (2835/60mA燈珠 85 顆）for reference only輸入電總功耗LED 電LED 平均電PFC效率NMOS 管的LED 的壓（ V)(W)壓(V)流 (mA)大約功耗 (W)功耗 (W)2008.224430.40.77690.46%0.787.422109.0924532.60.81487.87%1.107.992209.4524532.70.83684.78%1.448.012309.4924532.20.84483.13%1.607.892409.5824531.80.84681.33%1.797.792509.2924430.20.83379.32%1.927.372608.5624227.50.79777.75%1.916.66測(cè)試數(shù)據(jù)分析： 阻容式結(jié)構(gòu)所謂的全電壓只是代表輸入電壓低時(shí)可以點(diǎn)亮，同時(shí)輸入及輸出功率都會(huì)發(fā)生變化，同時(shí)輸入及輸出功率會(huì)隨輸入電壓變化而變化。無(wú)法做到一定電壓范圍內(nèi)功率及電流恒定。輸入電壓越高，輸入及輸出功率越大