四代線(xiàn)性高壓LED驅動(dòng)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(cháng)。二. LED燈珠電流可控，亮度可控。

這樣的線(xiàn)路非常簡(jiǎn)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導通，也就是說(shuō)，多個(gè)LED串聯(lián)的高壓LED，必須有足夠的正向壓降才會(huì )導通。以60個(gè)LED燈珠串聯(lián)為例，正常工作大約總壓降是180V，而使其導通需要VF=60*2.5V=150V的壓降。這就意味著(zhù)，當整流以后的半波壓降低于150V時(shí)，LED燈珠串是不亮的。整個(gè)線(xiàn)路“暗燈時(shí)間”(后文統一稱(chēng)為死區)較長(cháng)，按工頻倍頻周期(100Hz或120Hz)交疊出現。

人眼的重要特性是視覺(jué)惰性，即光一旦在視網(wǎng)膜成像，視覺(jué)對此光像的感覺(jué)會(huì )維持一個(gè)有限時(shí)間值，這種生理現象叫做視覺(jué)暫留性。對中等亮度光刺激，視覺(jué)暫留時(shí)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(wú)法感到閃爍而相機可以捕捉到。所以，工頻倍頻也就是100Hz~120Hz的閃爍人眼是無(wú)法感覺(jué)到的。但長(cháng)期、劇烈的閃爍依然可能危害到健康。所以線(xiàn)性高壓驅動(dòng)繼續發(fā)展的目標，是要減少乃至消除這種閃爍。第三代分段式開(kāi)關(guān)線(xiàn)性控制方法應運而生。

2.3 第三代分段式開(kāi)關(guān)線(xiàn)性控制方法

針對第一代單開(kāi)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(gè)控制芯片檢測輸入交流電壓，來(lái)給幾個(gè)串接在LED負載的MOSFET提供門(mén)極信號，根據輸入交流電壓的高低，分段的開(kāi)通LED負載。

還是以60串為例子，將60串分成3個(gè)20串的組合，檢測交流輸入電壓值，分3段開(kāi)通，每段開(kāi)通20串。這就意味著(zhù)，當輸入交流電大于20*2.5V=50V時(shí)，LED燈珠串就開(kāi)始導通。死區時(shí)間大大減少。同時(shí)，分段開(kāi)通使得每個(gè)MOSFET承擔的線(xiàn)性區壓降降低，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，在配置不同的負載時(shí)電流選擇比較靈活，通過(guò)接不同Rdson的MOSFET，來(lái)對應不同的負載。但外置MOSFET封裝成本將是制約成本因素，靈活配置不同負載可以通過(guò)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(kāi)通的線(xiàn)路，電流不但相位跟隨正弦電壓波形，形狀也相近，可以認為是一種接近純阻性的負載，所以：1. PF值很高。2. 可控硅調光兼容性好(因為傳統的可控硅調光，是針對純阻性負載的白熾燈設計的，PF值很高意味著(zhù)負載呈純阻性，可控硅調光兼容性必然很好)。3.相比第二代，效率有提高。

第三代分段式開(kāi)關(guān)線(xiàn)性控制方法，在第二代的基礎上，邁出了一大步，但還存在以下問(wèn)題：1. 死區邊緣的高尖峰。結果是影響PF值并引入高次諧波。2.外置MOSFET，多個(gè)MOSFET的封裝成本制約了整體成本。3.沒(méi)有足夠的智能化保護和附加功能。

2.4 第四代優(yōu)化分段式開(kāi)關(guān)線(xiàn)性控制方法

線(xiàn)性高壓技術(shù)繼續發(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(kāi)關(guān)線(xiàn)性控制，是在第三代的基礎上發(fā)展起來(lái)的。市場(chǎng)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%以上可控硅調光器兼容性

4. 開(kāi)關(guān)調光功能

5. 內置線(xiàn)性溫度補償和過(guò)溫保護

6. 更低系統成本

占空比半導體公司針對第四代分段式開(kāi)關(guān)線(xiàn)性控制要求，推出了四款產(chǎn)品：

DU1703 三段線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)芯片

DU1733 三段線(xiàn)性可開(kāi)關(guān)調光LED驅動(dòng)芯片DU1804 四段線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)芯片

DU1834 四段線(xiàn)性可開(kāi)關(guān)調光LED驅動(dòng)芯片

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圖6 第四代線(xiàn)性高壓驅動(dòng)代表DU1703溫度補償

圖6顯示的是DU1703內置的電流溫度補償功能。當芯片結溫上升到105度，輸出電流參考從100%下降到30%，這不是簡(jiǎn)單的溫度保護，而是一種補償式溫度保護功能。在實(shí)際使用中會(huì )大大提高電路的可靠性。

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圖7 DU1703增大電流，并聯(lián)應用

針對較大電流的應用，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(zhù)更高的PF和更高的效率，當然，成本也相應增加。

另外，開(kāi)關(guān)式調光，是第四代線(xiàn)性高壓技術(shù)的一種智能化的要求。要求利用普通墻壁開(kāi)關(guān)，在較快時(shí)間里動(dòng)作1次、2次、3次時(shí)，分別有30%、70%、100%的亮度，以上DU1733、DU1834集成的專(zhuān)利技術(shù)技術(shù)，實(shí)現了此智能化要求。

三. 市場(chǎng)前景展望

隨著(zhù)LED市場(chǎng)的爆發(fā)，已經(jīng)開(kāi)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(jià)競爭，對于整個(gè)行業(yè)長(cháng)期健康發(fā)展極為不利。目前線(xiàn)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(chǎng)商提供的方案，客觀(guān)而論，原理上依然有一些問(wèn)題，需要應對，例如：1. 無(wú)可避免的死區時(shí)間，帶來(lái)的工頻倍頻頻閃，是否對人眼有傷害? 2. 高壓LED串分段開(kāi)通，降低了LED燈珠使用率。 3. 電網(wǎng)大幅劇烈波動(dòng)時(shí)，效率依然無(wú)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)，是一種不嚴謹的態(tài)度。有公司提出“去電源化”的概念，認為整燈失效，80%以上都是因為電源故障，因此電源是LED燈的瓶頸。筆者認為，LED光源，作為一種通過(guò)電流控制亮度的負載，具有很強的可控制性，高頻開(kāi)關(guān)電源驅動(dòng)LED，不但不會(huì )退出歷史舞臺，反而會(huì )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(shí)，“去電源”的線(xiàn)性高壓LED方案，由于其線(xiàn)路及其簡(jiǎn)單，并且性能也逐漸提升，成本、可靠性的優(yōu)勢使其也會(huì )有很大的發(fā)展。日后中國的LED市場(chǎng)會(huì )有明顯的層次化劃分，針對消費者的需要，高、中、低端都會(huì )有大量相應產(chǎn)品涌現。無(wú)可否認，目前的線(xiàn)性高壓LED驅動(dòng)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(cháng)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(chǎng)來(lái)揭曉!