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线性驱动电源芯片改变未来
文章附图

  2016年注定是线性方案的一年。

  线性方案是指用线性调整器来实现对LED电流的控制。线性调整器,顾名思义,主要原理是使用开关管的放大区间进行平衡输入电压影响来进行恒流调整器控制器(传统开关控制是开关控制状态),有点类似LDO。LED的线性驱动技术是新一代的电源技术,无高频开关动作,所以天生无EMC之隐忧;又可以省去变压器等磁性元件,部分应用还可省去电解电容,实现高PF,低THD。考虑功耗,现在IC的主要难点在于如何实现更宽的输入电压,并做到高效率。既是如此在电网比较稳定的地区,单段式控制有其低成本高性能优势,获得较大的应用。应用领域涵盖平面球泡灯,灯丝灯,可控硅调光等。

  (一)(平面)球泡灯应用

  球泡灯,顾名思义,就是球泡形状的灯,自爱迪生发明钨丝灯泡以来,它这个造型已经深入人心了。外形发展不多,但内容就日新月异了。节能灯(学名CFL紧凑型荧光灯)已领风骚数年,节能高效是它的代名词;而现在, LED时代来了,LED在发光原理、节能、环保的层面上都远远优于传统CFL照明产品,在同等光效的情况下,能耗已经降到的白炽灯的1/8和节能灯的1/2,而且天生适合调光。

  LED球泡灯照明最大的市场是民用市场,为了防止眩光问题,外壳通常会使用磨砂玻璃或亚克力来制作。可以直接由市电驱动。下图是常用的塑包铝架构的LED球泡

  


  图1 常用塑包铝结构的LED球泡灯

  传统意义球泡灯珠是SMT型,所以我们简称平面球泡灯,现在举例一个典型的LED球泡如何被驱动点亮。

  图2是应用PT4515做的一个800lm的球泡灯方案。从图2可以看出,线路极其简单,REXT设置LED输出电流,而OUT是调整器输出,用来调节输入电压带来的波动。PowTech PT4515只有3pin, 除了传统的电流调节之外,恒功率输出特性可以较大扩大应用范围,使系统更加稳定可靠。

  


  图2 PT4515做的一个800lm的球泡灯方案

  球泡灯采用线性驱动有个明显的好处是:无须使用电解电容器及磁性器件,整灯电子元件完全由贴片元件组成,可以实现自动化生产,提高可靠性的同时也提高了生产效率,降低了成本。图3是由此方案组成的光电引擎图片,整个系统全是贴片元件。非常简洁。图4是这个光电引擎发光时的热成像图,可见热量分布均匀。图5是由这个光电引擎组成的LED球泡灯。

  


  (二)灯丝灯应用

  灯丝灯是是球泡灯的另一种形态,其LED灯珠是类似火柴棒型的丝状。灯丝灯最早是在2008年,日本牛尾光源推出的由LED灯珠构成灯丝的仿传统白炽灯,引起业内极大关注,并且实现量产化。随后以LED灯丝为光源的蜡烛灯、球泡灯开始大量出现且被越来越多的消费者所接受,当时适用的场合主要是在五星级商务酒店、高档豪华住宅等室内照明场所,在人们的心理当中,它是一种高档的代名词。因为它兼备了2种精神,复古与创新,但未曾大量普及。随着技术的进步,LED灯丝的降价,灯丝灯慢慢平民化起来,开始飞入寻常百姓家。

  灯丝灯外形和钨丝灯非常相像,几根灯丝巧妙相连,构成各种经典形状,全周光设计使之安全无死角。灯丝灯的基本结构如图6,把LED灯珠绑定在透明基板,再裹覆荧光粉,二边做上电极,通电即可发光。

  


  图6 LED灯丝灯

  灯丝灯一般考虑自散热条件,设计皆为高压小电流,LED驱动需要精准恒流控制,灯丝灯因为很多情况下受体积所限,对于线性的方案格外需求。通常针对常用的二种灯头,E26/E27和E12/14型,PT4515都有对应的方案。

E26/E27灯头方案

  对于E26/E27灯头的线性恒流驱动电源,尤其是高压的,要求灯丝串联来提高效率,图7是用线性驱动芯片(PT4515)做的灯丝灯(3串2并)应用电路及电源实物图片,因为E27灯头相对体积充足,热处理相对容易,同时为了节约成本,电解电容此处也可以不需要。

  


  当然部分灯丝也可做成4串应用,再加上电解,此时效率可以做到90以上。

  E14/12 无塑件方案

  E14/E12因为体积很小,里面只能放下一个整流桥和一颗电容,和一颗芯片的空间,所以此时基本上线性的天下。

  因为可以兼容无电容输出,E12灯头下更是越显神通。图8是基于E14的PT4515方案。

  


  此时放了一颗小电解电容, 效率可以达到90以上。

  (三)调光应用

  PT4515线性方案还有个天生的优点,是可以可控硅调光, 比如前面的2个灯丝灯方案,在很多情况下调光性能是优秀的,尤其是在吊灯蜡烛泡应用、一拖十以上时;但如果灯的数目较少时,它的调光器兼容性略差,为了提高可控硅的兼容性,应用上多加了个PT4515,充当有源Bleeding,很大程度可防止可控硅Miss fire,提高了调光器的兼容性。图9是一个典型应用方案。

  


  图9 宽范围兼容双PT4515方案

  因为此处用了2个PT4515,会占用PCB较大体积,为了缩小系统体积,华润矽威把这2颗芯片封装成一颗芯片(产品名字为PT4516),里面的2颗PT4515是独立的。这意味着PT4516 中的2颗PT4515除了分开使用调光使用(此时不共地),也可以并联共地使用,以达到扩流使用,图10是PT4516 典型应用图。IC1中的一颗单元用来Bleeding,其他几个都是并联使用,扩流从而达到降温目的。

  PT4515因为是单段3 PIN结构,可以随意组合,比如填谷应用,全电压应用,无频闪,并联扩流使用等,可以满足各种客户需求。

  


  图10 PT4516 典型应用图

  上面的二种方案都能实现可控硅调,常用的兼容可控硅型号都能兼容,部分列举如下:

  总结及展望

  随着LED技术的发展,LED的价格会越来越低,LED照明会走入千家万户,LED球泡灯作为白炽灯的替代方案会被越来越多的用户所接受,其驱动技术也会日新月异快速发展,线性方案因为其优异的性价比而逐渐成为LED驱动主流,当然线性的驱动技术也在不断发展。PT4515因为使用方便,成本合适,受到广大客户需要。当然华润矽威会在此方面投入更多的精力,推出更多满足客户应用的方案及产品。


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