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作者: 发布时间:2013-08-27 来源: 繁体版
1 引 言 针对LED照明负载特点,目前非隔离式的恒流驱动电源的拓扑结构基本上是BUCK降压结构,传统的方案是通过固定关断时间来固定峰值电流,从而达到固定输出电流的控制策略。本文将讨论这种控制策略实现恒流的原理,分析这
1 引 言

针对LED照明负载特点,目前非隔离式的恒流驱动电源的拓扑结构基本上是BUCK降压结构,传统的方案是通过固定关断时间来固定峰值电流,从而达到固定输出电流的控制策略。本文将讨论这种控制策略实现恒流的原理,分析这种开环控制策略的优缺点,和应用这种控制策略需要做的外围补偿,同时基于占空比半导体公司新产品DU2401芯片,介绍这种全新的闭环电流控制策略,详细介绍这种控制策略如何突破性提高LED输出电流精度,从开环到闭环是其本质的突破。

2 原理与设计

2.1 目前LED非隔离恒流驱动电流领域主流的控制策略

如图1所示,电路是BUCK降压结构,芯片控制的是MOSFET的源极,这是一种开环的恒流电流控制方式,控制原理如下:

芯片内部有两个比较器,其比较参考电平分别为Vpk和Vvalley,与之比较的是Rs两端的电压。

Vin上电时,电感L和电流采样电阻Rs的初始电流为零,LED输出电流也为零。这时候,CS比较器的输出为高,内部功率开关导通,SW的电位为低。电流通过电感L、电流采样电阻Rs、LED和内部功率开关从Vin流到地,电流上升的斜率由Vin、电感L和LED压降决定,在Rs上产生一个压差Vcs, 当(Vin-Vcs) >Vpk时,CS比较器的输出变低,内部功率开关关断,电流以另一个斜率流过电感L、电流采样电阻Rs、LED和肖特基二极管D,当Vin-Vcs < Vvalley时,功率开关重新打开,这样使得在LED上的平均电流为:Io=1/(2*Rs)*(Vpk+Vvalley)

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所以,这种开环的控制策略是,根据两个比较电平参考电位Vpk和Vvalley,来设定电感电流的峰峰值,从而起到了设定输出平均电流值的效果。

这是一种简单有效的控制策略,但是由于这是一种开环控制模式,只能检测电感上的峰值电流,无法检测输出电流,外部条件发生变化时,两个比较器都会产生延时,输出电流精度在三种情况下容易出现偏差:

1、当输出电压发生变化时(如:不同的LED Vf和不同串数)

2、当主电感感量发生变化时(如:实际上量产的精度不高)

3、当输入电压发生变化时。

2.2 DU2401 如何实现真正全闭环的恒流控制

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所谓的闭环,即真正检测输出电流值,以此为标准来发出PWM信号。所谓开环,不以检测到的输出电流值来做发出PWM信号的参考。从电路拓扑上,二者没有区别。但是在芯片内部对检测到的如图2 CS脚电感电流信号,做专利技术处理,如图3 TRUEC2部分。这样,就检测到了电感电流的平均值,也就是输出电流的平均值。芯片针对检测到的值,控制输出占空比,实现了闭环控制。

另外,图1 Rs电阻串联在Vin和LED负载之间,这意味着不论芯片内部开关管开通和关断,Rs都将通过电流。图2的全闭环LED射灯驱动电源中,Rs只在开关管开通的时候,有电流通过,这也是全闭环控制带来的好处。这样会带来一个非常显著的性能提高,因为Rs电阻的能耗减少,会提高整个系统的效率。DU2401达到了业内最高的98%的效率,正是基于这种全闭环控制策略。

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第1页:原理和设计

第2页:实验验证n6s自动化在线网



3 实验验证

我们选择了一个典型LED射灯应用来做IC功能验证,基本电参数要求如下:

输入电压范围:12.5~30VDC 效率:>90%

输出电压范围:3~10.5VDC 输出电流:700mA

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对于输入电压、负载LED变化情况下,我们测试得到如下交叉调整率结果:

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图5可以看到,由于闭环控制,在设计的正常工作范围内,输出电流维持定值,单颗系统可以认为是恒定的输出电流,即线性、负载调整率理论值是0。量产时,由于参数一致性分布,大量数据表明,恒流精度小于±0.9%.

对于输出电感变化,我们测试到如下结果

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图 6 反映的是电感大范围变化(设计标称值68uH)时,输出电流的变化,如左图。如果这种测试用于目前市场上开环系统芯片,电流会出现线性的大范围波动,如右图。而DU2401 闭环的方式,使得输出电流依然保持±0.9%以内的恒流精度。充分说明了闭环系统对于整个系统恒流精度提高的重要性。

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基于图 4 的极简线路,如图 9、图10 显示,此方案可以在非常小的尺寸下实现 3W 的输出功率。这样的小尺寸,对于空间狭小,要求很高的射灯,有实际的意义。高功率密度是LED 灯具对 LED 驱动电源提出的要求,更优的控制方式是实现更高的功率密度的根本途径。


基于TRUEC2专利技术的高性能LED射灯方案
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