四代線性高壓LED驅(qū)動方案及其發(fā)展趨勢

相比與第一代阻容降壓方式，以上控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：一. LED燈珠電流恒定，燈珠壽命增長。二. LED燈珠電流可控，亮度可控。

這樣的線路非常簡單，但缺點(diǎn)也很明顯。如圖2所示，每顆LED燈珠兩端必須有足夠的正向壓降才能夠?qū)?，也就是說，多個LED串聯(lián)的高壓LED，必須有足夠的正向壓降才會導(dǎo)通。以60個LED燈珠串聯(lián)為例，正常工作大約總壓降是180V，而使其導(dǎo)通需要VF=60*2.5V=150V的壓降。這就意味著，當(dāng)整流以后的半波壓降低于150V時，LED燈珠串是不亮的。整個線路“暗燈時間”(后文統(tǒng)一稱為死區(qū))較長，按工頻倍頻周期(100Hz或120Hz)交疊出現(xiàn)。

人眼的重要特性是視覺惰性，即光一旦在視網(wǎng)膜成像，視覺對此光像的感覺會維持一個有限時間值，這種生理現(xiàn)象叫做視覺暫留性。對中等亮度光刺激，視覺暫留時間約為0.05至0.2秒，這就是為什么50Hz電腦屏幕刷新頻率人眼無法感到閃爍而相機(jī)可以捕捉到。所以，工頻倍頻也就是100Hz~120Hz的閃爍人眼是無法感覺到的。但長期、劇烈的閃爍依然可能危害到健康。所以線性高壓驅(qū)動繼續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，是要減少乃至消除這種閃爍。第三代分段式開關(guān)線性控制方法應(yīng)運(yùn)而生。

2.3 第三代分段式開關(guān)線性控制方法

針對第一代單開關(guān)控制的缺點(diǎn)，發(fā)展出了第三代分段式控制方法。這種控制方法原理是一個控制芯片檢測輸入交流電壓，來給幾個串接在LED負(fù)載的MOSFET提供門極信號，根據(jù)輸入交流電壓的高低，分段的開通LED負(fù)載。

還是以60串為例子，將60串分成3個20串的組合，檢測交流輸入電壓值，分3段開通，每段開通20串。這就意味著，當(dāng)輸入交流電大于20*2.5V=50V時，LED燈珠串就開始導(dǎo)通。死區(qū)時間大大減少。同時，分段開通使得每個MOSFET承擔(dān)的線性區(qū)壓降降低，從而使效率升高。

相比與第一代、第二代控制方法，分段式控制使PF值有了提高，電路整體效率也有了提高。外置MOSFET，在配置不同的負(fù)載時電流選擇比較靈活，通過接不同Rdson的MOSFET，來對應(yīng)不同的負(fù)載。但外置MOSFET封裝成本將是制約成本因素，靈活配置不同負(fù)載可以通過后文第四代優(yōu)化分段的并聯(lián)方式完成。

從輸入交流電網(wǎng)看進(jìn)去，這種分段開通的線路，電流不但相位跟隨正弦電壓波形，形狀也相近，可以認(rèn)為是一種接近純阻性的負(fù)載，所以：1. PF值很高。2. 可控硅調(diào)光兼容性好(因為傳統(tǒng)的可控硅調(diào)光，是針對純阻性負(fù)載的白熾燈設(shè)計的，PF值很高意味著負(fù)載呈純阻性，可控硅調(diào)光兼容性必然很好)。3.相比第二代，效率有提高。

第三代分段式開關(guān)線性控制方法，在第二代的基礎(chǔ)上，邁出了一大步，但還存在以下問題：1. 死區(qū)邊緣的高尖峰。結(jié)果是影響PF值并引入高次諧波。2.外置MOSFET，多個MOSFET的封裝成本制約了整體成本。3.沒有足夠的智能化保護(hù)和附加功能。

2.4 第四代優(yōu)化分段式開關(guān)線性控制方法

線性高壓技術(shù)繼續(xù)發(fā)展，進(jìn)入第四代優(yōu)化分段式控制階段。第四代分段式開關(guān)線性控制，是在第三代的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。市場對第四代控制電路提出了以下具體要求：

1. 效率>0.9

2. PF>0.95

3. 90%以上可控硅調(diào)光器兼容性

4. 開關(guān)調(diào)光功能

5. 內(nèi)置線性溫度補(bǔ)償和過溫保護(hù)

6. 更低系統(tǒng)成本

占空比半導(dǎo)體公司針對第四代分段式開關(guān)線性控制要求，推出了四款產(chǎn)品：

DU1703 三段線性LED驅(qū)動芯片

DU1733 三段線性可開關(guān)調(diào)光LED驅(qū)動芯片DU1804 四段線性LED驅(qū)動芯片

DU1834 四段線性可開關(guān)調(diào)光LED驅(qū)動芯片

2012-10-8 17:01:34 上傳

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圖6 第四代線性高壓驅(qū)動代表DU1703溫度補(bǔ)償

圖6顯示的是DU1703內(nèi)置的電流溫度補(bǔ)償功能。當(dāng)芯片結(jié)溫上升到105度，輸出電流參考從100%下降到30%，這不是簡單的溫度保護(hù)，而是一種補(bǔ)償式溫度保護(hù)功能。在實際使用中會大大提高電路的可靠性。

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圖7 DU1703增大電流，并聯(lián)應(yīng)用

針對較大電流的應(yīng)用，可以將DU1703做成如圖7的并聯(lián)。

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圖8 DU1703串聯(lián)應(yīng)用

DU1703(三段式)可以按照圖8的接法做串聯(lián)控制，若要做更精細(xì)的控制，可以和DU1804(四段式)組合，分4段、5段、6段，甚至更多。更多的分段，意味著更高的PF和更高的效率，當(dāng)然，成本也相應(yīng)增加。

另外，開關(guān)式調(diào)光，是第四代線性高壓技術(shù)的一種智能化的要求。要求利用普通墻壁開關(guān)，在較快時間里動作1次、2次、3次時，分別有30%、70%、100%的亮度，以上DU1733、DU1834集成的專利技術(shù)技術(shù)，實現(xiàn)了此智能化要求。

三. 市場前景展望

隨著LED市場的爆發(fā)，已經(jīng)開始進(jìn)入紅海、競爭異常激烈。但完全犧牲性能，盲目追求惡性低價競爭，對于整個行業(yè)長期健康發(fā)展極為不利。目前線性高壓LED方案，作為一種降成本方案，必然有它的生存、發(fā)展的空間。不管哪家芯片廠商提供的方案，客觀而論，原理上依然有一些問題，需要應(yīng)對，例如：1. 無可避免的死區(qū)時間，帶來的工頻倍頻頻閃，是否對人眼有傷害? 2. 高壓LED串分段開通，降低了LED燈珠使用率。 3. 電網(wǎng)大幅劇烈波動時，效率依然無法保證。

某些筆者為了推廣產(chǎn)品，盲目掩蓋其缺點(diǎn)，極力夸大優(yōu)點(diǎn)，是一種不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。有公司提出“去電源化”的概念，認(rèn)為整燈失效，80%以上都是因為電源故障，因此電源是LED燈的瓶頸。筆者認(rèn)為，LED光源，作為一種通過電流控制亮度的負(fù)載，具有很強(qiáng)的可控制性，高頻開關(guān)電源驅(qū)動LED，不但不會退出歷史舞臺，反而會因為其極方便的恒流可控性而深入發(fā)展，針對LED色溫、亮度控制等要求，向智能化方向發(fā)展。

同時，“去電源”的線性高壓LED方案，由于其線路及其簡單，并且性能也逐漸提升，成本、可靠性的優(yōu)勢使其也會有很大的發(fā)展。日后中國的LED市場會有明顯的層次化劃分，針對消費(fèi)者的需要，高、中、低端都會有大量相應(yīng)產(chǎn)品涌現(xiàn)。無可否認(rèn)，目前的線性高壓LED驅(qū)動方案還不是終極方案，但發(fā)展到第四代，相比與前三代，已經(jīng)有了長足進(jìn)步。高壓LED的發(fā)展，主要取決與高壓LED燈珠大量生產(chǎn)后，生產(chǎn)制造成本的大幅下降。一切的答案等待市場來揭曉!