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無紋波頻閃線性高壓LED驅動方案（ORG8511)
日期：2025-07-02 03:06
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摘要：
無紋波頻閃線性高壓LED驅動方案（ORG8511)
一. 高壓LED
“高壓LED”，一種是LED生產廠家提供串聯好的小功率LED，如圖1左圖所示，它只是集成LED的一種，而右圖所示的集成LED和前者的主要區別是，前者是全部串聯，后者是串并聯。集成LED的特點是在大晶片上采用開槽的方法，將其切割成若干小LED，然后用絕緣層把這些溝槽填平，按照串并聯要求鋪設連接各個LED的導線。
圖1 高壓LED
無論哪種“高壓LED”，本文所討論的線性高壓LED驅動方案，是較小電流(小于100mA)，較高電壓的LED驅動方案。
圖2 LED負載特性
LED的負載特性如圖2所示，根據LED的負載特性，高壓LED需要有一種可控恒流源來控制。經過整流的工頻交流電電壓，如果將此電壓直接加到輸出LED上面，這樣的問題是無法實現恒流，即整個工頻周期內通過LED電流不恒定。一. 無法實現亮度的控制。二. LED燈珠壽命大大縮短。
根據控制要求不同，主要的恒流控制方法有：開關電源驅動、阻容降壓驅動以及線性高壓驅動。
二. 技術路線PK
2.1線性高壓驅動 vs. 高頻開關電源驅動
在LED燈珠負載里串接MOSFET，讓MOSFET閉環受控于LED負載電流，工作在線性區，使線路產生“恒流-變壓”效果，這樣在LED負載通過的就是恒定電流，而串接的MOSFET承受了變化的電壓。這就是類似LDO(Low Dropout Regulator低壓差線性穩壓器)的工作原理。簡單說來，這就是線性高壓驅動LED的工作原理。
高頻開關電源驅動，是通過高頻開關、磁性元器件，將交流市電轉換為LED需求的電壓、電流。高頻開關電源驅動又分為隔離和非隔離兩種。
相比與高頻開關電源，線性高壓方案的優點主要是：線路簡單，電路工作在工頻線性模式，不是工作在高頻模式，省去了高頻電感，同時沒有EMI的問題，省去了EMC電路。
而高頻開關電源驅動相比于線性高壓方案，在線路復雜許多，但可以靈活實現各種負載輸出需求。兩者應用場合不同，嚴格意義上講不具有可比性，這就比如你可以比較兩種品牌的汽車的功率、扭矩等等，但你拿開汽車跟騎馬比哪一種更好呢，因為馬匹沒有扭矩。我們接下去著重比較線性高壓方案和它的主要對手：傳統阻容降壓方案。
2.2 線性高壓驅動 vs. 阻容降壓驅動
阻容降壓工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制*大工作電流，電容降壓實際上是利用容抗限流，而電容器實際上起到一個限制電流和動態分配電容器和負載兩端電壓的角色。如圖3所示，由于整流管的導通電阻只有幾歐姆，穩壓管VS的動態電阻為10歐姆左右，限流電阻R1及負載電阻一般為100~200，而濾波電容一般為100uF~1000uF，其容抗非常小，可以忽略。若用R代表除C1以外所有元器件的等效電阻，可以畫出圖3下圖的交流等效電路。同時滿足了>R的條件,所以可以畫出電壓向量由于R甚小于，R上的壓降也遠小于C1上的壓降，所以VC1與電源電壓V近似相等，即=V。根據電工原理可知：串聯電容的容抗為 ，以1uF、50Hz交流電為例，其容抗=3185歐姆(1/2*3.14*50*10e-6)，整流后的直流電流平均值Id。
圖3 阻容降壓驅動高壓LED示意
目前，阻容降壓方案依然是市場上存在的用量巨大的方案。存在即合理，它的簡單，對于LED市場階段發展需求，起到了不可磨滅的貢獻。但筆者的觀點是，阻容降壓無法充分發揮LED光源的兩大優勢：1. 長壽命。 2. **的可控性。 長期趨勢，阻容降壓會漸漸被線性高壓和高頻開關電源驅動方案所替代。而阻容降壓方案當前面臨的*大直接競爭對手，就是異軍突起的線性高壓方案。比較典型高壓工藝芯片ORG8511，單芯片內集成控制器，是單開關控制的經典簡化方案。
取18W T8 LED日光燈應用，使用線性高壓和阻容降壓兩種方案，請看下文的性能、成本直接對比詳解。
設計目標：
輸入電壓范圍：200~265VAC/50Hz 效率：>82%
輸出電壓范圍：260VDC 輸出電流：70mA
標稱輸出功率：18W
18W T8應用線路圖比較
圖4 阻容降壓應用線路圖
圖5 ORG8511線性高壓原理圖
從上面線路圖上來看，兩種方案外圍元器件個數相當，主要是阻容降壓兩個大容量高壓CBB(1uF/400V*2 CBB)或更大與高壓線性方案控制芯片ORG8511的差別;1uF/400V CBB電容市場價大概0.8RMB左右，兩個CBB與芯片的成本相當，所以這兩種方案從元器件成本上來說是相當;
18W T8 PCB板上的對比
圖6 阻容降壓應用PCB版圖(W:17mm; L:90mm)
圖7 ORG8511內置于LED燈板(W:12mm; L:1170mm)
圖8 局部放大圖一
圖9 局部放大圖二
從上面PCB layout 可以看出，因為ORG8511方案只有一個電解是插件，其它均為貼片器件，且10uF/400V電解可內置于T8燈頭內，故可省略驅動電源板。而阻容降壓因為其兩個CBB電容(1uF/400V)的體積大且輸出端還有一個電解電容(10uF/400V)，無法內置于燈板上。從整個系統上來看，由于ORG8511方省去了驅動板，工廠生產和安裝上都帶來方便，成本上也有下列節?。?).無需連接線材;2).無需驅動PCB; 這使得整個系統節省RMB1.0左右。
性能對比
阻容降壓的缺點如下：
1). 無法恒流，輸入電壓越大輸出電流越大;
2). 正溫度特性，溫度越高輸出電流越大;
3). 輸出電流紋波大：為100HZ正弦波，存在嚴重頻閃;
4). 耐電壓沖擊能力差，輸出易產生過沖電流;
以上缺點，導致使用阻容降壓電源LED普遍光衰嚴重，整燈壽命短。
ORG8511高壓啟動技術線性高壓方案特點：
1). 閉環恒流;
2). 回授電流補償，當出現250V以上高電壓的情況可保證LED不損壞;LED壽命長，方案**性高
3). 無任何輸出電流紋波：高頻和低頻;
4） 支持前切、后切、兩邊切可控硅調光
阻容及ORG8511的測試對比：
阻容測試：
應用線路：
測試數據：
| 輸入電壓（V） | 總功耗 (W) | 輸入電流(mA) | LED電壓(V) | LED平均電流(mA) | PFC | 效率 | LED的功耗(W) |
| 100 | 0 | 0 | 138 | 0 | 0 | | 0.00 |
| 110 | 0 | 0 | 149 | 1.1 | 0 | | 0.16 |
| 120 | 0.67 | 10 | 154 | 4.1 | 0.536 | 94.24% | 0.63 |
| 130 | 1.26 | 16 | 157 | 7.6 | 0.569 | 94.70% | 1.19 |
| 140 | 1.91 | 23 | 160 | 11.3 | 0.586 | 94.66% | 1.81 |
| 150 | 2.67 | 29 | 162 | 15.6 | 0.596 | 94.65% | 2.53 |
| 160 | 3.49 | 36 | 165 | 20.1 | 0.598 | 95.03% | 3.32 |
| 170 | 4.4 | 42 | 167 | 24.5 | 0.601 | 92.99% | 4.09 |
| 180 | 5.29 | 49 | 169 | 29.1 | 0.596 | 92.97% | 4.92 |
| 190 | 6.26 | 55 | 171 | 33.9 | 0.591 | 92.60% | 5.80 |
| 200 | 7.28 | 62 | 173 | 39 | 0.581 | 92.68% | 6.75 |
| 210 | 8.28 | 69 | 175 | 43.9 | 0.572 | 92.78% | 7.68 |
| 220 | 9.37 | 75 | 177 | 48.8 | 0.566 | 92.18% | 8.64 |
| 230 | 10.4 | 81 | 178 | 53.8 | 0.557 | 92.08% | 9.58 |
| 240 | 11.5 | 87 | 180 | 58.4 | 0.55 | 91.41% | 10.51 |
| 250 | 12.6 | 94 | 182 | 63.9 | 0.54 | 92.30% | 11.63 |
| 260 | 13.8 | 100 | 183 | 68.7 | 0.533 | 91.10% | 12.57 |
ORG8511測試方案：
應用線路圖：
測試數據：
Test Result (2835/60mA燈珠 85顆） for reference only
| 輸入電壓（V) | 總功耗(W) | LED電壓(V) | LED平均電流(mA) | PFC | 效率 | NMOS管的大約功耗(W) | LED的功耗(W) |
| 200 | 8.2 | 244 | 30.4 | 0.776 | 90.46% | 0.78 | 7.42 |
| 210 | 9.09 | 245 | 32.6 | 0.814 | 87.87% | 1.10 | 7.99 |
| 220 | 9.45 | 245 | 32.7 | 0.836 | 84.78% | 1.44 | 8.01 |
| 230 | 9.49 | 245 | 32.2 | 0.844 | 83.13% | 1.60 | 7.89 |
| 240 | 9.58 | 245 | 31.8 | 0.846 | 81.33% | 1.79 | 7.79 |
| 250 | 9.29 | 244 | 30.2 | 0.833 | 79.32% | 1.92 | 7.37 |
| 260 | 8.56 | 242 | 27.5 | 0.797 | 77.75% | 1.91 | 6.66 |
測試數據分析：阻容式結構所謂的全電壓只是代表輸入電壓低時可以點亮，同時輸入及輸出功率都會發生變化，同時輸入及輸出功率會隨輸入電壓變化而變化。無法做到一定電壓范圍內功率及電流恒定。輸入電壓越高，輸入及輸出功率越大，相應的電流也越大。這樣的結果會導致LED燈珠的壽命大大降低。ORG8511可以提供控制電流的方式達到一定的電壓范圍內輸入功率或者輸出功率恒定。這樣對LED的壽命起到很好的保護，LED上的電流不會隨著輸入電壓的升高而升高。
小計：ORG8511線性高壓方案與阻容降壓方案對比，技術上有重大突破，整體系統成本也有下降，是一種能更好替代阻容方案的先進技術。其主要局限是只能應用于單電壓。