基于DU8633Z的高性价比吸顶灯方案

作者: 燕山大学 张晓静 王立乔 中国LED标准委员会 姚刃峰 李明峰 张占松

摘要：本文首先分析了LED驱动电源的发展现状及发展趋势，介绍了目前市场上主流LED驱动电源的优缺点。为顺应市场要求，本文应用上海占空比公司的DU8633Z芯片，提出了一种非隔离的高性价比吸顶灯控制方案，并实验验证了系统高精度的恒流控制性能，最后展望了LED驱动电源的发展前景。

引言

随着LED照明技术的不断发展以及LED照明灯具体积小构造简单的特点，LED照明灯具越来越受到欢迎。但是由于LED照明灯具价格较高，使其在百姓生活中的应用并不普遍。所以为了提高LED照明产品的性价比，满足低成本的要求,LED驱动电源将更多地从隔离式向非隔离式过渡，总的元器件数量必须要尽可能地减少，而驱动电源的效率和恒流质量也要不断提高。

目前LED非隔离驱动主流控制方案

目前非隔离LED驱动主流的控制方案是一种开环的恒流控制方式。该方案的控制策略为通过设定芯片外围电阻值来控制MOSFET的关断时间。在每个周期开始时，MOSFET开通电感电流线性上升，当上升到最大值时MOSFET关断，过了设定的关断时间，MOSFET又会再次导通。调节MOS管的采样电阻以及关断时间就可以达到恒流控制的目的。这是一种简单有效地控制策略，但是由于是开环控制，所以输出电流会受输入电压波动的影响，也会受到输出负载变化的影响。

基于DU8633Z的吸顶灯控制方案

DU8633Z是一款连续电流工作模式的降压式恒流控制器，专用于驱动小功率LED照明应用。图1为DU8633Z内部结构框图。他采用独特的闭环恒流控制专利——TRUEC2技术，可在宽松的外围电感参数条件下实现高精度的输出电流，确保批量生产时LED灯具亮度的一致性。DU8633Z提供了外部可编程的、高精度的输出电流控制方案，只需要±1％精度的检测电阻，和不太精确的滤波电感，再加上少量的外围器件，就可以实现3%系统恒流精度。

图2所示为DU8633Z吸顶灯控制原理图。在上电后，母线电压通过启动电阻给VCC引脚的电容充电，直到VCC电压上升到启动阈值电压后，芯片启动工作。DU8633Z内置12V稳压管。由于芯片的典型工作电流只有200uA，因此，无需专门的供电电路,利用启动电阻就可以直接供电，既减少系统成本,又提高了系统效率。

本方案还提供了过压保护功能。当输出电压超出限定值时，电路会通过辅助绕组触发外接三极管导通，从而将VCC拉低,使电路停止工作。


图1：DU8633Z内部结构方框图。


图2：基于DU8633Z的吸顶灯控制原理图。


图3：DU8633Z应用实物图及其PCB布线图。

实验结果

实验的基本电参数如下:

输入电压范围：176~264VAC/50Hz
典型效率：>90%
输出电压范围：3~80VDC
输出电流：240mA
标称输出功率：18W

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4：系统线性调整率。

由图4可以看出系统的线性调整率几乎接近于零，说明系统可在宽输入电压和输出电压条件下实现高精度的输出电流，实现恒流控制。由于DU8633Z采用独特的闭环恒流控制专利——TRUEC2技术，所以只需要很少的外围器件再加一个1%精度的检测电阻就可以实现3%恒流控制。在实现高性能的基础上降低了系统成本，提高了系统的性价比。


图5：系统负载调整率。

图5所示系统的负载调整率为0.4%。这就意味着用一套电源系统就可以带多套LED灯负载，在不同的负载下系统依然可以实现高精度的恒流控制，这为电源的生产及使用带来了很大的方便，使之在市场中占有优势。


图6：系统效率曲线。

图6显示系统在标称负载下效率可以达到90%以上。实验表明，即使负载变化，系统的效率也在80%以上，这也顺应了当今社会节能减排的要求。

通过实验验证表明，DU8633Z的吸顶灯控制方案可以达到很高的恒流控制精度，控制性能优越，此外DU8633Z也集成了多重保护功能，以确保LED灯具工作稳定可靠。

输出短路保护：DU8633Z在输出短路的情况下，依然可以实现很好的恒流特性；
采样电阻开/短路保护：当采样电阻出现开路或短路的情况，DU8633Z会立即启动保护功能；
过温保护：当芯片结温超过150℃时，芯片会立即进入过温保护，直到结温小于120℃后，自动重启。

由于系统外围器件少，电路简单，所以应用方便，而且总ROM的价格低于￥2.20，更加提高了他的性价比。

发展前景展望

高性能、低成本是LED驱动电源一直追求的目标。传统的基于反击变换器的隔离型驱动电源由于其电路复杂、效率低，逐渐被结构简单、体积小、效率高的非隔离驱动电源所代替。而市面上主流的非隔离型驱动电源多采用开环恒流控制，系统性能易受输入电压和负载变化的影响，所以可靠性不高。

基于上海占空比公司的DU8633吸顶灯控制方案不仅电路简单、体积小、成本低，而且经实验验证系统性能优越，能够实现高精度的恒流控制，且输出电流不受输入电压及负载变化的影响，真正实现恒流控制。此外系统还提供了多种保护功能，使电路工作更可靠，寿命更长久。因此，笔者认为这一方案符合LED驱动电源的发展要求，将逐步被市场所接受。

作者简介：

张晓静：燕山大学电力电子专业在读硕士。

王立乔：2003年浙江大学电力电子专业毕业，获博士学位，燕山大学硕士生导师。

李明峰：浙江大学电力电子专业硕士毕业。曾就职于艾默生网络能源、美国国际整流器公司全球技术支持中心、BCD半导体。在IEEE及国内核心电力电子期刊发表数十篇技术论文，近年来专注于LED照明市场趋势研究及行业优势资源整合。

姚刃峰：上海占空比公司（深圳分公司）现场应用工程师。

张占松：广东省电源行业协会/学会理事长。1960年毕业于华中理工大学工业企业电气化与自动化专业。先后工作于中国科学院、科技学院工学院，六零年后从亊学校和实际应用工作，是可控硅MOSFET IGBT资深工作者，开关电源著作有高频开关稳压电源/开关电源的原理和设计/电路和系统仿真实践/2010年后合编著高频变换技术教程/开关电源技术教程等高校试用教材/是中囯电源学会副理亊及广东省电源学会1至3届理事长及广东省科协常委。