18W极高精度日光灯LED恒流控制DU8618

小于非隔离高恒流精度18W LED日光灯驱动方案
摘要：TRUEC2技术非隔离BUCK拓扑，来实现18W极高精度日光灯LED恒流控制。试验证明，全闭环TRUEC2技术实时检测真实输出电流，免受输入电压、外部电感影响，突破性地提高了LED输出电流的精度。集成MOSFET，简化外围线路；控制方式免受电感影响。体积小可内置于日光灯灯头，是理想的非隔离恒流驱动方案。最后，对于LED驱动电源未来发展趋势及其担忧，笔者提出了自己的观点。
关键词：TRUEC2 LED恒流控制 全闭环电流控制 DU8618
LED Constant Current Control Solution based on TRUEC2 Technology
Abstract: This paper presents the principle of a non-isolated BUCK topology based on TRUEC2 constant current control, using integrated MOSFET PWM control IC: Duty Cycle Company’s DU8618. The experiment demonstrates that this control method can effectively increase the accuracy of the output current, which is not subject to the line voltage and external inductor. The Robustness is also increased compare with open loop control solution. The integration of MOFET results in the decreasing of external components, which in turn decreases total cost. A very cost-effective 18W Tube LED solution is detailed illuminated here.
Keyword: TRUEC2 /LED Constant Current Control / Close loop current control/ DU8618
1 引 言
进入2013年，我们切身感受到了LED行业发展的阵阵暖意。目前有好几个趋势正在推动LED照明市场的发展。首先是高亮度LED效率的不断提升和高效率高可靠性恒流LED驱动电源的不断涌现，其次是全球立法禁止白炽灯照明和CFL节能灯的逐步淡出（它含有对环境有害的水银）。这些因素综合起来正使得LED照明成为一个长期的发展趋势。更重要的是，低成本（包括LED灯珠、散热系统和LED驱动器）是消费者广泛采用LED通用照明的原始推动力。除了节能减排的重大使命以外，LED相比于其他光源更可控的特点使其可能革命性的丰富人们的用光环境，提供许多新颖的光影世界。而实现这些应用最为关键的环节就是驱动：LED光源的大脑。更小体积、更少元件、更低成本、更强大，这些是市场对LED驱动电源的“苛刻”要求。
本文介绍的这种极简线路18W LED日光灯驱动方案，尺寸小于一枚，成本是目前市场主流方案的一半左右，是顺应这种“苛刻”要求而生的。简单即完美的哲学在这种方案里发挥得淋漓尽致。
2. 1第三代非隔离LED恒流控制技术闭环算法TRUEC2简介
针对LED照明负载特点，目前非隔离式的恒流驱动电源的拓扑结构基本上是BUCK降压结构。非隔离LED恒流控制技术的发展分为三代，从最初的固定频率模式，到后来的固定关断时间模式，严格说都不是真正的闭环恒流，一直发展到今天，所使用的是第三代非隔离控制技术闭环算法，称为TRUEC2的控制策略。上海占空比半导体公司的DU8618芯片，基于TRUEC2驱动技术，对于各种外围元件不敏感，这就在提高可靠性和精度的同时，降低了整体方案成本。
所谓的闭环，即真正检测输出电流值，以此为标准来发出PWM信号。所谓开环，不以检测到的输出电流值来做发出PWM信号的参考。从电路拓扑上，二者没有区别，都是非隔离的BUCK降压拓扑。但是在芯片内部有两个基准，一个是峰值基准，一个是平均值基准。芯片检测到电感电流信号，做专利技术处理，如图1 TRUEC2部分做积分处理及峰值控制。这样，就检测到了电感电流的平均值，也就是输出电流的平均值。芯片针对检测到的值，控制输出占空比，实现了闭环控制。这种控制结构，使得线路极为简单，由于闭环控制电流，相比于开环方式，此线路短路亦恒流。这在生产应用中是非常重要的，这相当于大大降低了系统发生故障的风险。使得这种方案不仅在性能上有了质的飞跃，在可靠性上也大大提高。DU8618集成了1A的高压MOSFET，又将简化线路做到了极致，可以实现所有18W以内的非隔离LED驱动需求。

2.2 DU8618集成开关简化线路实现全闭环18WLED日光灯恒流控制

DU8618是基于TRUEC2技术，专门用于18WLED日光灯驱动的芯片。
DU8618实现一个典型非隔离LED日光灯应用，基本电参数要求如下：
输入电压范围：180~265VAC/50Hz 典型效率：>95%
输出电压范围：60~180VDC 输出电流：90mA
标称输出功率：18W


实现18W的输出功率，方案所需的所有元件为仅12个。该方案小于一枚。上文介绍的先进的控制方式是实现更高的功率密度的根本原因。实际意义并不仅仅是提高了功率密度。技术进步所带来的还包括：线路更简单、成本降低、恒流精度更高。95%的效率高于市场大部分方案，小电流、高电压的设计思路是实现如此高效率的关键。
2.3 实验结果
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：


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。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。

高负载调整率的实际意义是多套灯负载可以用一套电源。例如12串输出是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±0.5%。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%.

下面我们来看一下元件清单。
BOM LIST
18W单电压非隔离高恒流精度LED驱动电源 　
元件类型 型号描述 用量 位号 批量成本
贴片电阻 RES-SMD-1206-220K-5%-0.