基于TRUEC2技术的LED日光灯驱动方案设计_技术

本文介绍的这种极简线路18W LED日光灯驱动方案，尺寸小于一枚一元硬币，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，降低了整体方案的成本。

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，通过低电流、高电压的设计，降低损耗，让1A MOSFET集成封装于小体积的SOP8中，可以胜任所有18W以内的非隔离LED驱动需求。

图1:芯片内部TRUEC2部分模块工作示意

2.2 DU8618集成开关简化线路实现全闭环18W LED日光灯恒流控制

DU8618是基于TRUEC2技术，专门用于18W LED非隔离日光灯驱动的芯片。

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

图2:全闭环非隔离降压恒流18W LED日光灯驱动电源示意图

图3:DU8618输出18W非隔离LED日光灯驱动电源尺寸示意

图4:PCB布板图

图2原理图显示，实现18W的输出功率，方案所需的所有元件为仅14个。图3、图4的直观显示表明，该方案小于一枚一元硬币。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：

图5:系统线性调整率

图5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。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6:系统负载调整率

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、库存管理有显着价值。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%.

图7:开关波形

下面我们来看一下元件清单。

总成本BOM成本低于$3.5.这个成绩跟某些阻容降压或者线性高压方案比，算不上特别，但考虑到这样的线性调整率、负载调整率以及系统效率，以及没有任何工频纹波的输出恒流效果，笔者无意盲从众生，高举“低成本”的噱头，只想表达简单的设计哲学在成本核算时体现得淋漓尽致。

3 趋势展望

笔者认为，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。其更高的效率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。某些低价隔离方案，事实上完全没有达到隔离的安规，剑走偏锋，不利于长远发展。

好在LED行业目前是个典型的短周期行业，技术而非资本是核心竞争力。大胆的预测：

- 隔离单级PF高纹波的方案迟早被“一级半”方案（高PF、低纹波、体积紧凑）所替代。

- 线性高压LED方案会逐步替代阻容降压方案。

- 成熟“一级半”方案大量面市之前，非隔离方案将渐渐夺取隔离方案的份额。

- 非隔离方案亦朝两个方向发展：一个是高端填谷式高效率、高PF、低纹波方案。一个是本文的全闭环超高性价比方案，其目标是让LED日光灯在维持高品质的情况下，让市场售价迫近30元人民币，会引起市场爆发。

- 可控硅调光方案，虽然伴随着顽固的在墙上的可控硅会存留，并且有大量弃而不舍的厂商尝试做“全兼容方案”,但随着先进LED调光技术的兴起，将退出历史舞台。取而代之的方案将给人们非常新颖的光体验。