关于线性恒流驱动在LED可控硅调光上的应用的相关研究分析

可控硅调光是LED替代灯里比较重要的一个品类。随着LED光源的普及程度越来越高，对成本的要求越来越严苛。线性恒流驱动凭借其精简的BOM，易于自动化生产的特性，被客户用来替代传统的开关电源型恒流驱动。

线性LED恒流驱动是指正常工作时控制MOSFET工作在饱和区（图1），由MOS栅极电压大小直接控制流过MOS的电流，不受MOS漏极电压的变化影响。线性恒流驱动控制简单，尤其适合输出电压略低于输入电压的应用场合。

图1 MOS伏安特性曲线

与传统的开关电源方案比，线性方案主要的优点是不需要磁性储能元件，同时不需要高频开关，所以没有EMC干扰问题；外围线路简单，可以做全贴片自动化工艺，减少了人力成本，提升产能。

以9W左右的低压可控硅调光方案为例，传统的开关电源方案BOM元件数量大概是二十个左右，其中还包含了至少两个磁芯元件。

开关电源可控硅调光方案样机元件清单

而线性方案的BOM元件数量在十个左右，不仅比开关电源方案减少了十几个元件，从而节省成本，而且整个方案中体积相对较大的只有输出的电解电容。

线性可控硅调光方案样机元件清单

线性可控硅调光方案与开关电源可控硅调光方案原理图对比：

线性可控硅调光方案应用原理图

开关电源可控硅调光方案应用原理图

应用于可控硅调光的线性恒流驱动需要解决以下三个问题：

一、要能够提供足够大的输入维持电流使调光器保持正常工作；

二、尽量减小线性方案当中功率管的损耗，提高光效；

三、优化调光效果，避免调光时产生抖动，提升客户体验。

伴随着整灯生产厂家对成本的要求越来越高，以及高压灯珠技术的成熟，线性方案在LED驱动中的应用越来越广泛，而且目前已经有一些方案突破了线性驱动技术瓶颈，将线性恒流方案大批量应用到北美可控硅调光产品当中。

传统的线性可控硅调光方案效率只能达到60%～70%，而开关电源方案通常是在80%～90%，巨大的效率差异导致线性方案整体优势并不明显，只有非常少的可控硅调光方案会采用线性方案来做。

从2017年开始，市场上出现了驱动效率在80%以上的高效率线性可控硅调光方案，解决了一直以来线性可控硅调光效率低的问题。

下表为晶丰明源最新的线性可控硅调光方案BP5178FL/H与开关电源可控硅调光方案电气参数对比，从中可以看到线性驱动的效率和开关电源已经非常接近了。目前北美市场上主流的800lm球泡中，开关电源调光方案被线性方案切换渐渐成为趋势。

线性可控硅调光方案与开关可控硅调光方案电气参数对比

对传统开关电源可控硅调光方案来说，调光噪音一直是让人非常头疼的问题，会影响客户体验。在北美CEC标准中，明确要求所有宣称可调光的产品必须满足在100%及20%调光状态下噪音小于24dB。开关电源中所使用的薄膜电容、工字电感、变压器等都会产生噪音，且难以根除，目前只能通过灌胶，浸漆等手段减弱噪音，这样会增加生产成本。

开关电源可控硅调光方案样机实物图

而由于没有磁性元件和输入电容的存在，线性可控硅调光方案更具有天生静音的优点，调光过程中完全没有噪音的问题。

一体化线性可控硅调光方案样机实物图

从图片中还可以看到，线性驱动方案的BOM非常精简，且绝大多数元器件都是贴片元件，因此非常适合光电一体的DOB (driver on board)光电引擎设计。DOB的方式不但去除了单独电源的PCB板和电源组装的成本，而且适合自动化生产，大大节省人工，从而提高效率，进一步降低产品总体成本。

线性可控硅方案替换开关电源方案是未来的趋势，尤其是高压灯珠的成本还在持续的下降。采用线性方案之后，驱动电源的体积大大缩减，成本降低，有助于提高产品竞争力。

当然，虽然目前的线性可控硅调光方案已经被大量采用，但是调光效果与开关电源方案相比还是有一定的差距，主要还是应用在北美低压光源类产品中。而对调光兼容性要求较高的其他应用场合，以及高压可控硅调光产品，大部分还是采用开关电源的方案。

另外在一些采用线性方案的客户中，为了抑制低端闪烁，会在输出增加去纹波线路。去纹波线路带来了BOM数量和成本的提升，降低了效率，也使线路更复杂。

未来的线性可控硅调光方案还需要通过优化设计，改善调光效果，降低纹波和低端抖动，减小高压输入下泄放回路的损耗，从而带来更好的兼容性，更高的光效和更低的成本。推动线性方案在LED可控硅调光中更广泛的应用。晶丰明源拥有电源驱动芯片的核心技术，并坚持以持续不断的技术创新，为客户带来价值服务！