TRUEC2技术的高性能LED射灯方案

文章来源:恒光电器

发布时间:2014-01-27

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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)

　　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LEDVf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。

　　2.2DU2401如何实现真正全闭环的恒流控制

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2CS脚电感电流信号，做专利技术处理，如图3TRUEC2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1Rs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。

　　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

　　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：

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%。

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