无纹波频闪线性高压LED驱动方案.DOC

无纹波频闪线性高压LED驱动方案（ORG8511) 一. 高压LED “高压LED”，一种是LED生产厂家提供串联好的小功率LED，如图1左图所示，它只是集成LED的一种，而右图所示的集成LED和前者的主要区别是，前者是全部串联，后者是串并联。集成LED的特点是在大晶片上采用开槽的方法，将其切割成若干小LED，然后用绝缘层把这些沟槽填平，按照串并联要求铺设连接各个LED的导线。 图1 高压LED 无论哪种“高压LED”，本文所讨论的线性高压LED驱动方案，是较小电流(小于100mA)，较高电压的LED驱动方案。 图2 负载特性 LED的负载特性如图2所示，根据LED的负载特性，高压LED需要有一种可控恒流源来控制。经过整流的工频交流电电压，如果将此电压直接加到输出LED上面，这样的问题是无法实现恒流，即整个工频周期内通过LED电流不恒定。一. 无法实现亮度的控制。二. LED灯珠寿命大大缩短。 根据控制要求不同，主要的恒流控制方法有：开关电源驱动、阻容降压驱动以及线性高压驱动。 二. 技术路线PK 2.1线性高压驱动 vs. 高频开关电源驱动 在LED灯珠负载里串接MOSFET，让MOSFET闭环受控于LED负载电流，工作在线性区，使线路产生“恒流-变压”效果，这样在LED负载通过的就是恒定电流，而串接的MOSFET承受了变化的电压。这就是类似LDO(Low Dropout Regulator低压差线性稳压器)的工作原理。简单说来，这就是线性高压驱动LED的工作原理。 高频开关电源驱动，是通过高频开关、磁性元器件，将交流市电转换为LED需求的电压、电流。高频开关电源驱动又分为隔离和非隔离两种。 相比与高频开关电源，线性高压方案的优点主要是：线路简单，电路工作在工频线性模式，不是工作在高频模式，省去了高频电感，同时没有EMI的问题，省去了EMC电路。 而高频开关电源驱动相比于线性高压方案，在线路复杂许多，但可以灵活实现各种负载输出需求。两者应用场合不同，严格意义上讲不具有可比性，这就比如你可以比较两种品牌的汽车的功率、扭矩等等，但你拿开汽车跟骑马比哪一种更好呢，因为马匹没有扭矩。我们接下去着重比较线性高压方案和它的主要对手：传统阻容降压方案。 2.2 线性高压驱动 vs. 阻容降压驱动 阻容降压工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流，电容降压实际上是利用容抗限流，而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。如图3所示，由于整流管的导通电阻只有几欧姆，稳压管VS的动态电阻为10欧姆左右，限流电阻R1及负载电阻一般为100~200，而滤波电容一般为100uF~1000uF，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电阻，可以画出图3下图的交流等效电路。同时满足了R的条件,所以可以画出电压向量由于R甚小于，R上的压降也远小于C1上的压降，所以VC1与电源电压V近似相等，即=V。根据电工原理可知：串联电容的容抗为 ，以1uF、50Hz交流电为例，其容抗=3185欧姆，整流后的直流电流平均值Id。 图3 阻容降压驱动高压LED示意 目前，阻容降压方案依然是市场上存在的用量巨大的方案。存在即合理，它的简单，对于LED市场阶段发展需求，起到了不可磨灭的贡献。但笔者的观点是，阻容降压无法充分发挥LED光源的两大优势：1. 长寿命。 2. 极佳的可控性。 长期趋势，阻容降压会渐渐被线性高压和高频开关电源驱动方案所替代。而阻容降压方案当前面临的最大直接竞争对手，就是异军突起的线性高压方案。比较典型高压工艺芯，单芯片内集成控制器，是单开关控制的经典简化方案。 取18W T8 LED日光灯应用，使用线性高压和阻容降压两种方案，请看下文的性能、成本直接对比详解。 设计目标： 输入电压范围：200~265VAC/50Hz 效率：82% 输出电压范围：260VDC 输出电流：70mA 标称输出功率：18W 18W T8应用线路图比较 图4 阻容降压应用线路图 图5 线性高压原理图 从上面线路图上来看，两种方案外围元器件个数相当，主要是阻容降压两个大容量高压CBB(1uF/400V*2 CBB)或更大与高压线性方案控制芯片的差别;1uF/400V CBB电容市场价大概0.8RMB左右，两个CBB与芯片的成本相当，所以这两种方案从元器件成本上来说是相当; 18W T8 PCB板上的对比 图6 阻容降压应用PCB版图(W:17mm; L:90mm) 图7 内置于LED灯板(W:12mm; L:1170mm) 图8 局部放大图一 图9 局部放大图二 从上面PCB layout 可以看出，因为方案只有一个电解是插件，其它均为贴片器件，且10uF/400V电解可内置于T8灯头内，故可省略驱动电源板