創(chuàng)新LED恒流源驅(qū)動(dòng)芯片的算法設(shè)計(jì)

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2015-01-04

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 為L(zhǎng)ED照明恒流驅(qū)動(dòng)電源專門設(shè)計(jì)的芯片，行業(yè)資訊，國(guó)際資訊，已經(jīng)大批量生產(chǎn)和被應(yīng)用。這些芯片高度集成LED照明恒流電源所需要的各種功能，使得芯片應(yīng)用時(shí)外圍控制電路不斷簡(jiǎn)化，主級(jí)側(cè)恒流技術(shù)(PSR)已經(jīng)趨向成熟；芯片的恒流精度不斷提高，建筑照明，為降低生產(chǎn)的偏差、提升電源大批量生產(chǎn)的可靠性提供有力的保障；LED照明專用單級(jí)多功能控制芯片的出現(xiàn)和技術(shù)成熟，使得電源的體積和成本的進(jìn)一步下降，室外照明，更加適應(yīng)用空間狹小的照明燈具。

LED照明驅(qū)動(dòng)電源芯片設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單描述

       目前LED照明用的驅(qū)動(dòng)電源芯片，大多數(shù)是模擬技術(shù)設(shè)計(jì)的，但也有數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)的。

       電源用模擬集成電路的設(shè)計(jì)工作包括：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)、邏輯設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)等，涉及內(nèi)容廣泛、工作量繁瑣，必須使用電腦軟硬件工具才能科學(xué)的加快設(shè)計(jì)周期。

       模擬集成電路電源芯片從芯片設(shè)計(jì)--版圖設(shè)計(jì)--流片過程的簡(jiǎn)單描述如圖1所示。

圖1 模擬電源芯片設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單描述

       拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是按該芯片開發(fā)的定義而設(shè)定的， 其余都是為實(shí)現(xiàn)這一目的而服務(wù)的。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，行業(yè)資訊，AC/DC LED驅(qū)動(dòng)芯片用得最多的拓?fù)渚褪荈ly-back(隔離) 、Buck-Boost、Buck(非隔離)；“控制方式”有電壓型、電流型；“工作模式”有CCM(連續(xù)模式) 、DCM(斷續(xù)模式) 、BCM/CRM(臨界模式) 、PFM(脈寬調(diào)制)等等。

       模擬電源芯片的“算法設(shè)計(jì)”屬于芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一部分。在系統(tǒng)定義中最核心的部分也就是實(shí)現(xiàn)此算法。當(dāng)然也包括其他特別的功能和基本功能。

算法設(shè)計(jì)創(chuàng)新是新一代芯片的關(guān)鍵技術(shù)之一

       目前大多數(shù)LED照明燈具的驅(qū)動(dòng)電源在生產(chǎn)中對(duì)其使用的變壓器、電感器的電參數(shù)的要求十分高，為求精準(zhǔn)需花費(fèi)大量的人力和財(cái)力才能實(shí)現(xiàn)，工業(yè)化生產(chǎn)成本很難進(jìn)一步下降。按驅(qū)動(dòng)電源芯片的Data Sheet提供的變壓器標(biāo)準(zhǔn)算法制造變壓器，工程照明，往往在實(shí)際電路應(yīng)用中不能令人方便而滿意地使用，變壓器的繞制工藝需要產(chǎn)品工程師在試制中反復(fù)摸索， 繞制的匝數(shù)的增減微調(diào)、銅線的拉緊程度、排線的序列與方法、鐵心的材質(zhì)等等都會(huì)影響變壓器的電氣性能，由此耗費(fèi)研發(fā)人工和對(duì)材料的苛求，質(zhì)量，使得必須要用的變壓器和電感器的造價(jià)增加不少。

       能否通過對(duì)LED驅(qū)動(dòng)恒流源芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的創(chuàng)新去突破和改變是我們所要思考的，新的解決方案可以在LED燈具驅(qū)動(dòng)電源實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用時(shí)，輸出電流對(duì)變壓器和電感器的電感量和LED的VF等參數(shù)不太敏感。

       一反傳統(tǒng)的或經(jīng)典的芯片算法設(shè)計(jì)思維，從新的視角去優(yōu)化芯片算法設(shè)計(jì)是創(chuàng)新技術(shù)的關(guān)鍵。圖2展示以BP310X系列為例的設(shè)計(jì)新思路，一種主級(jí)側(cè)恒流控制的新的原理，從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，芯片控制輸出電流峰值，通過輔助繞組反饋，使得退磁時(shí)間和芯片開關(guān)周期的比例固定，超市照明，這樣就可以使得輸出電流與外圍的電感量偏差和輸出電壓的偏差無關(guān)，廠房照明，芯片控制Toff時(shí)間占整個(gè)周期的一半，LED照明工程，這樣平均電流Iout就是Ils_pk的四分之一，這電流表達(dá)式就是：

Iout=IP_PK/4 × NP/NS

       在這個(gè)表示式里，電流與電感量無關(guān)。同時(shí)Ip_pk由芯片基準(zhǔn)源決定，可以達(dá)到1%，匝比也是固定的，匝比精度較高，所以輸出電流精度較高。

       LED的VF值的偏差和變壓器的電感偏差正是批量生產(chǎn)面臨的最大的問題。通常來說，LED-T5一體化燈管，批量生產(chǎn)的變壓器電感量和LED的VF都會(huì)有5-10%左右的偏差。而BP310X系列的LED照明恒流驅(qū)動(dòng)電源芯片采用此新的算法設(shè)計(jì)，使得大批量生產(chǎn)的芯片恒流精度可以達(dá)到3%以內(nèi)，可以對(duì)變壓器和電感器的電參數(shù)有較大的允差，大功率led照明，大大方便大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的成本和流水線的持續(xù)快速生產(chǎn)，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器、電感器的電參數(shù)不敏感。

       創(chuàng)新優(yōu)化芯片算法使LED驅(qū)動(dòng)電源輸出電流精度對(duì)外圍的變壓器、電感器等電參數(shù)不敏感，有效降低電感器、變壓器和LED整燈的制造成本。

圖2 BP31XX系列主級(jí)側(cè)恒流控制的一種新的原理

       創(chuàng)新優(yōu)化芯片算法是電源芯片設(shè)計(jì)公司面對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源輸出電流精度對(duì)外圍的變壓器、電感器等很難匹配之后，先后找到的從芯片端解決的方案。算法設(shè)計(jì)各有技巧，方法各有千秋，但達(dá)到的目的是同一的。表1是部分隔離LED電源驅(qū)動(dòng)芯片的性能參數(shù)比較表(第三方提供，僅供參考) 。由此可見，新出品的LED照明專用電源驅(qū)動(dòng)芯片不少已采用此新技術(shù)。

       表1：

創(chuàng)新優(yōu)化算法電源芯片使應(yīng)用簡(jiǎn)潔

       BP310X采用此創(chuàng)新優(yōu)化芯片算法，使得應(yīng)用電路十分簡(jiǎn)約，LED照明工程，周邊需要的零件很少，室外照明，符合低成本、工業(yè)化生產(chǎn)的理念。圖3是典型應(yīng)用電路，采用主級(jí)側(cè)恒流技術(shù)后，次級(jí)的反饋電路不再成為電源體積和成本上的障礙，這樣對(duì)于電源體積要求極為苛刻的場(chǎng)合帶來了極大的便利，如球泡燈、GU10射燈等。傳統(tǒng)的光耦反饋結(jié)構(gòu)還存在光耦老化和很難過安規(guī)測(cè)試的問題，對(duì)于球泡燈內(nèi)部60-90ºC的應(yīng)用環(huán)境溫度來說，可靠性的問題更成為生產(chǎn)廠商和客戶關(guān)注的焦點(diǎn)。主級(jí)側(cè)恒流技術(shù)的成熟，特別是創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)電源芯片算法設(shè)計(jì)新技術(shù)，恒光，使得應(yīng)用電路對(duì)變壓器和電感器的某些難以質(zhì)控的參數(shù)變得不敏感，對(duì)于LED照明電源和燈具廠商來說，既可方便提高產(chǎn)品性能，又可降低成本，是一雙贏的選擇。