标签: 非隔离

文章来源自：高工LED 2015-03-20 22:21:22阅读：13294 摘要业内认为，隔离与非隔离的方案会一直同时存在，而使用隔离电源或非隔离电源不能武断地一刀切，应根据不同场合和不同的使用环境，科学地选用。 作为LED灯具的心脏，驱动电源在整个灯具产品综合成本中占有很大比重。前几年，为了确保LED光源的光效和可靠性，在LED驱动设计上，高电流低电压输出的隔离式LED驱动在市场中占据着主导地位。 　　 　　近年来，随着非隔离电源综合技术的逐渐成熟，越来越多LED电源开始做成非隔离。市场表现方面，由于非隔离电源具备成本及性价比的优势，目前在通用照明市场中被大批量的采用，大有取代隔离电源的势头。 　　 　　总的来说，非隔离电源具备构造简单、效率高等优点，而隔离电源的优势是能把输入和输出隔离起来，可以避免触电的危险。那么，隔离电源与非隔离电源在LED市场应用情况到底如何，是否真的存在彼此取代的问题吗？ 　　 　　 浪涌问题无法解决 　　 　　通常，LED灯具坏了，多数人以电源不稳定下结论。事实上，电源坏掉的原因受浪涌的影响占据了很大的因素，尤其是非隔离电路对于浪涌太敏感，抑制能力差，大批量出货时，就会遇到较多损坏的可能，而隔离电源对于浪涌的问题也不可小觑。 　　 　　据了解，非隔离电源损坏的根源是电源AC线两端的浪涌电压所致，而雷击浪涌是加在电压AC线两端的瞬间高压，有时甚至高达3000V，虽然时间很短，能量却极强。 　　 　　胜景光电工程部主管王南君表示，“在同一条AC线上，当一个大的负载断开的瞬间，因为电流惯性的原因导致电压进入电源，对于非隔离BUCK电路，会瞬间传达到输出，击坏恒流检测环，或是进一步击坏芯片，造成300V直通，而烧掉整条灯管”。 　　 　　崧盛电子技术总监邹超洋表示，“非隔离的电源灯珠的电压与电网是并没有隔离的，如果一个浪涌过来，会非常轻易的串到灯珠上来，进而损坏灯珠”。 　　 　　而在隔离电源方面，风雨天气中雷击造成的感应浪涌冲击，增加了户外LED照明设备受损的几率。业内建议，可以在户外LED照明应用中，加入一种浪涌保护器（SPD)来抑制浪涌能量，以最大限度地减少对照明设备的浪涌冲击。 　　 　　王南君表示，隔离电源一旦出现击坏保险、芯片、MOS的现象，第一个应该想到是浪涌问题。“为了减少损坏率，在设计时就行要考虑到浪涌的因素进去，或是在使用时要告戒用户，尽量避免浪涌发生”。 ---end---

摘要：文章首先剖析了目前市场最大用量主流的3W LED球泡灯方案，隔离3×1W。提出这种方案的优缺点，基于这种优缺点，提出了日后方案的市场发展方向。中国LED标准的选择，将基于市场上最优化的方案。顺应市场发展，本文应用上海占空比半导体公司的DU8613芯片，基于非隔离BUCK拓扑提供了一种3W球泡灯LED恒流控制驱动方案，并提供了实验数据和相关波形图，并且展望了非隔离驱动的发展空间。 随着绝缘散热材料的优化普及，非隔离驱动方案是大势所趋。更高的效率的实际意义除了降低能耗，更提高了LED灯珠使用率，降低成本，给消费者带来动力。目前中国LED标准尚未确立，因为市场激烈竞争，目前市场3W隔离驱动方案可以达到极低成本，但存在一些问题。 市场目前主流3W驱动电源简介 3W LED球泡灯是目前消费需求量最大的市场之一，目前主流的方案是3×1W，每个灯珠3.3V/300mA，通过3个灯珠串联方式形成负载，输出负载为10V/300mA。由于电网电压整流后和此输出负载电压相差较大，所以最适合的方式是通过反激隔离降压驱动。然而隔离电路结构复杂，器件较多，成本较高，效率较低，可靠性较低，不适合批量生产。与隔离电路相对地，非隔离电路线路简单，所用器件少，体积小，成本较低，效率较高。随着市场对成本和效率的要求，非隔离电路在小功率LED驱动领域开始登上舞台。 DU8613集成开关简化线路实现全闭环3W LED球泡灯恒流控制 DU8613是一款连续电流工作模式的降压式恒流控制器，具有3%的系统恒流精度，内部集成了500V高压MOSFET，在一定程度上简化了外围电路，并且设定了采样电阻开路、短路保护，输出过流、短路保护，过温保护等保护功能。DU8613是基于TRUEC 2 技术，实现全闭环高精度的恒流控制方法，专门用于3W LED非隔离球泡灯驱动的芯片。图1所示是利用该芯片实现的一种降压驱动方案。如图1芯片CS端检测到的电感电流信号经过专利技术处理，如图2中的TRUEC 2 闭环恒流控制模块，就得到电感电流(即输出电流)的平均值。芯片通过检测到的不同的输出电流平均值控制开关管占空比，从而实现闭环控制。 图1：全闭环非隔离降压恒流LED驱动电源参考示意图。 图2：DU8613内部功能图。 图3：DU8613球泡灯应用实物图及其PCB布线图。 【 分页导航 】 第1页：集成开关简化线路实现全闭环3W LED球泡灯恒流控制 第2页：实验结果 第3页：趋势展望 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 实验结果 我们选择一个典型的LED球泡灯应用来做IC功能的验证，基本电参数如下： 输入电压范围：180~265VAC/50Hz 典型效率：88% 输出电压范围：3~52VDC 输出电流：60mA 标称输出功率：3W 对于输入电压、负载LED变化情况下，我们测试得到如下线性、负载调整率结果： 图4：系统线性调整率。 图4的线性调整率接近0，这是因为芯片逐周期闭环控制，立刻响应，不会引起输出电流变化，有效抑制了电网电压波动引起的扰动。在实现如此理想的线性调整率的同时，还省却了第二代控制芯片因为线性补偿的许多外围元器件，简单即完美的哲学在此设计中再一次体现。 图5：系统负载调整率。 图5中的系统负载调整率为0.3%，它的实际意义是多套灯负载可以用一套电源。例如12串LED输出是36V左右，24串输出是72V左右，如果设计电流值相同，可以使用同一套电源，对于电源厂，在生产中对于备料、库存管理有显著价值。值得一提的是，如图6，此系统在短路的时候依然实现了恒流，这就意味着：1. 短路保护通过最安全的方式实现。2. 这是真正意义的全负载恒流。 图6：电感调整率。 市面上的传统芯片利用开环的控制技术——固定Toff的控制技术，电流推导公式如下： 平均电感电流：I Lav =I Lpk -(1/2)×I Lr ILpk为电感峰值电流：I Lpk =V cs /R cs ILr为电感纹波电流：I Lr =(V out /L)×T off 如果采用传统芯片，电感的变化会引起输出电流的变化,然而在批量生产时电感的一致性很难控制。图6显示，采用DU8613芯片，在不同的功率电感下，仍然能保持输出电流恒定，因此降低了电感一致性的要求，有利于电感的批量采购，从而降低采购成本。 图7：效率曲线。 图8：市场某公司隔离3W LED驱动方案效率曲线。 图4、5、6可以看到，由于闭环控制，在设计的正常工作范围内，输出电流维持定值，单颗系统可以认为是恒定的输出电流，即线性调整率接近0，负载调整率为±0.3%。量产时，由于参数一致性分布，大量试产数据表明，恒流精度小于±2%。图7显示，适当调整输入，输出标称功率3W的时候，系统效率可以在88%以上，即使是在全电压输入范围内效率也能达到86%以上。图8为市场某隔离3W方案的效率曲线。对比表明，对于小功率LED球泡灯，非隔离从节能角度相对于隔离是一种巨大进步，如果折算到全球球泡灯耗电，这种节能减排的效果，是相当可观的。 实验表明，DU8613采用全闭环恒流控制能够实现高精度恒流控制，应用于驱动3W的球泡灯，总BOM成本低于￥1.5。这个成绩跟某些阻容降压或者恒流二极管方案相当，而且它的线性调整率、负载调整率、系统效率，以及没有任何工频纹波的输出恒流效果，使该芯片占有有利的优势。并且电路板器件少焊接容易，有利于批量生产。由于芯片全电流反馈对外界条件的依耐性弱的特点，在原料采购上既方便又可以降低成本。 【 分页导航 】 第1页：集成开关简化线路实现全闭环3W LED球泡灯恒流控制 第2页：实验结果 第3页：趋势展望 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 趋势展望 顺应市场的需要，降低成本、提高效率和可靠性已经成为每个企业最求的目标。 采用隔离反激变换器的电路比较复杂，变压器存在较大损耗，进而效率较低。LED本身是一种节能环保的新兴替代光源，针对目前市场使用较多的3×1W隔离方案，是基于市场主流灯珠搭配而产生的，但是70%左右的效率令人失望，如果驱动电源没有足够高的转换效率，谈何节能环保？ 非隔离电路具有结构简单、器件少、成本低、效率高等优点，鉴于以上诸多优点，非隔离电路将渐渐取代隔离电路在小功率LED驱动电源的地位，成为这种驱动电源的主流。基于上海占空比公司的DU8613的驱动方案在保证成本足够低的基础上，带来了恒流精度高，效率高的优势。笔者认为，非隔离、小电流的特性正顺应了市场的需要，必然会逐步取代隔离方案。 作者简介： 尹红：燕山大学电力电子专业在读硕士。 王立乔：2003年浙江大学电力电子专业毕业，获博士学位，燕山大学硕士生导师。 李明峰：浙江大学电力电子专业硕士毕业。曾就职于艾默生网络能源、美国国际整流器公司全球技术支持中心、BCD半导体。在IEEE及国内核心电力电子期刊发表数十篇技术论文，近年来专注于LED照明市场趋势研究及行业优势资源整合。 刘森林：在旭光、等多家公司就职从事LED驱动电源方案设计工作。目前在上海占空比公司负责华南地区技术支持和LED驱动电源整体方案提供工作。 张占松：广东省电源行业协会/学会理事长。1960年毕业于华中理工大学工业企业电气化与自动化专业。先后工作于中国科学院、科技学院工学院，六零年后从亊学校和实际应用工作，是可控硅MOSFET IGBT资深工作者，开关电源著作有高频开关稳压电源/开关电源的原理和设计/电路和系统仿真实践/2010年后合编著高频变换技术教程/开关电源技术教程等高校试用教材/是中国电源学会副理亊及广东省电源学会1至3届理事长及广东省科协常委。 【 分页导航 】 第1页：集成开关简化线路实现全闭环3W LED球泡灯恒流控制 第2页：实验结果 第3页：趋势展望 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载

一、设计要求： 输入：180V~265V  47~63Hz                输出：200V/100mA 效率：0.9以上       PF值：0.9以上       恒流精度：3% 二、电路原理： 采用非隔离BUCK-BOOST电路，利用TI提供电子表格计算工具得到基本电路如下，但参数需要修正，将在后面问题点提到。 三、PCB设计： 采用灯管两头放置PCB方式，一头是前级EMI整流部分，一头后级是driver 部分，下面是后级驱动部分的PCB. 四、调试过程以及注意点： 样板首次调试过程中，发现的主要有以下问题 1．灯不亮或亮后一段时间功率降到3W 原因：VCC启动D6稳压管使用了25V的，导致达不到VCC启动电压25.6V而启动不了，改用33V稳压管后解决。 2．恒流精度低 原因：原来设计时有按照官方的要求在母线到9脚上有加3个620K电阻，通过减少这3个电阻可以改变恒流精度，虽有效果，但后来发现将6脚mode2不接地问题反而更好解决。 3．PF值低只有0.7 原因：只有将4脚comp电容加大一倍PF值可以提高5个百分点，调试其他零件无效果，最后将6脚mode2不接地，PF值即可达到0.9以上。 4．开机启动慢 原因：原来开机启动电阻采用3个100K，做10W输出时启动没有太大问题，但做20W时启动要3s以上。分析是此IC内部无加速启动电路或启动电流要求比较大，后来和TI 的FAE了解说是可能没有做加速启动电路，没办法只有将电阻减到150K，启动时间0.8s，实测开机VCC启动时开始有过冲电压达到35V震荡0.8s后稳定在19.5V，由于用了33V的稳压管做保护，而IC最大电压可以承受40V，所以暂时只能先这样处理，希望后面有好办法解决。 五、测试结果： Vi(V) Pin(W) Iin(mA) PF Vo(V) Io(mA) Po(W) η 175Vac 21.09 123.6 0.974 193.0 102.54 19.79 0.94 205Vac 21.2 108 0.958 192.8 102.95 19.85 0.94 235Vac 21.34 96.7 0.937 192.6 103.20 19.88 0.93 265Vac 21.5 89 0.911 192.6 103.32 19.90 0.93 （根据实际情况调整MOS下的电阻，可以改变输出电流和功率） 电压调整率 负载调整率 MOSFET电压波形（测试电压：265V） MOSFET电压波形（测试电压：90V） 六、总结建议： 优点： TPS92310 IC是一个PSR原边电流反馈，单级PFC，具有准谐振谷底导通高效率的IC，很适合应用于25W以内反激和BUCK-BOOST非隔离方案。 缺点： 此IC目前只有MSOP-10封装，PIN脚之间间距非常小，很不利于生产，希望改成不用6脚和7脚的SO-8封装。还有就是加速启动的问题希望得到解决。 以上是TPS92310 非隔离T8电源设计的过程，欢迎大家一起讨论。