关于降压驱动还是升压驱动的一点看法

关于降压驱动还是升压驱动的一点看法
近日闲逛到这个论坛,看到狂人与songlsx的一些争论,觉得很有意思,于是就注册进来谈一点看法,还望方家指正.

先给自己做一下广告,本人从事LED驱动研究也有一段时间,主要致力于AC输入的方案,目前成功的以升压型居多,单个驱动器输出功率可以做到8W到200W以上,可以驱动100个到2000个以上的20mA小功率LED组合,或者100个到300个350mA的1WLED,实测效率可以做到90%到97%.自我认为各项指标都相当理想.

从论坛讨论的只言片语中也可以推出狂人升压型电路的拓扑结构,其电路特点是将升压储能电感与芯片供电结合,从电感储存的能量中耦合一部分用于PWM开关芯片供电,用光耦采集LED回路电流控制PWM的脉宽,从而实现恒流控制.应该说是比较优化的设计,从争论中也可以看到该产品在应用中也出现过一些问题,但是我认为可能是工业设计中的一些不足,而不会是方案本身的问题.不过这个方案中电流反馈部分似乎还可以进一步优化,采用光耦的思路恐怕还是受到原来隔离方案的束缚,但是对于非隔离应用可能还会有副作用.

应用变压器方式给芯片供电的方案我也用过,优点是能耗小,缺点是允许负载的变化范围较小,这就是狂人产品只能限制在120个上下数量LED串联的缘故.

个人认为,在技术条件允许的情况下,采用升压型的方案驱动LED是不错的选择,但是升压型方案的一个很大的缺点就是它只能用于串联LED数量超过100个以上的场合,这对于小功率LED驱动是有优势的,但是对于大功率LED应用日益增多的今天,无疑受到了很多的限制.毕竟100多个大功率LED串在一起使用的情况还是不多的.

对于升压驱动方案的其它缺点,还要请各位指出,毕竟设计产品必须要认识到自己方案的不足之处,从而去想办法克服它.

一直在寻找可以用于降压型驱动的芯片,但是遗憾的是至今没有看到理想的产品,包括很多人推荐的9910或与其类似的芯片.

据说9910这类芯片在中国大陆出货量很大,这恐怕是这类芯片的最主要的应用市场了.虽然我没有用过这个芯片,但是在我看来,这类芯片应用电路的拓扑结构从原理上分析还存在致命的缺陷.

先引用文子贴出的电路图来分析它的工作原理:
(好像电路图贴不上来,请各位参考相关芯片的datasheet)

上电后,9910驱动MOS开关管导通,由于电感L1对电流变化率的限制,使得流过限流电阻Rcs的电流和9910cs端电压呈线性上升,至芯片所设定的门限电压时,9910输出变低,关断MOS管.如此反复,达到控制开关电流的目的.

且看影响LED回路的平均电流的因素:
如果忽略MOS管饱和压降和反馈电阻压降对整个回路电压的影响,经过简单的推算可以得出回路的平均电流应为:
Iled=0.5*(Vcs/Rcs)^2*f*L*Vin/(Vled*(Vin-Vled));
这里,L为L1的电感量,Vcs 为9910CS端的门限电压,f为开关频率,Vin 为输入电压,Vled 为串联LED回路的额定电压.
由上可以看出,在电路参数确定的情况下,LED回路平均电流与输入电压和串联LED的额定压降均呈线性关系.所以这种电路是不可能起到恒流的作用的.


从电路拓扑结构分析,这种电路只能用在恒压+恒流的方案中,而不能直接接入市电交流整流的电路中.

除了上述理论分析的问题,此类电路在设计和应用过程中还存在很大风险:
首先,要保证电路正常工作,电感量必须满足:
L ≥ (Vin– Vled)* T * Rcs / Vcs
如此,即使按照额定的工作条件设计好电路参数,实际使用中,电网的浪涌电压,一定数量的死灯,都会随时破坏这种条件而造成不可逆转的后果.

其次,设计结果的可预期性和电路参数的离散性影响:即使在额定工作环境下,芯片和MOS管的延时以及上升下降时间对最终回路电流都会有较大的影响,一般设计人员很难获得与原设计相符合的实际结果.

综上所述,这种芯片及其相应的应用电路是不能用于直接接入市电交流来作为驱动LED的恒流源.
从songlsx的发言可知,它可以影响芯片厂家的设计改进,事实上只要将该芯片的控制参数改为由控制端的电压反向模拟控制内部振荡器的占空比,而不是直接关断MOS管,那么,只要在Rcs上加一个平滑电容就可以做出一个性能优越的降压型恒流源了.