1 引 言

針對LED照明負載特點
，目前非隔離式的恒流驅動電源的拓撲結構基本上是BUCK降(jiang)壓(ya)結(jie)構(gou)。傳(chuan)統(tong)的(de)方(fang)案(an)是(shi)通(tong)過(guo)固(gu)定(ding)關(guan)斷(duan)時(shi)間(jian)來(lai)固(gu)定(ding)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)固(gu)定(ding)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)的(de)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)。本(ben)文(wen)將(jiang)討(tao)論(lun)這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)實(shi)現(xian)恒(heng)流(liu)的(de)原(yuan)理(li)，分(fen)析(xi)這(zhe)種(zhong)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)的(de)優(you)缺(que)點(dian)
，和(he)應(ying)用(yong)這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)需(xu)要(yao)做(zuo)的(de)外(wai)圍(wei)補(bu)償(chang)，同(tong)時(shi)基(ji)於(yu)占(zhan)空(kong)比(bi)半(ban)導(dao)體(ti)公(gong)司(si)新(xin)產(chan)品(pin)DU2401芯片，介紹這種全新的閉環電流控製策略，詳細介紹這種控製策略如何突破性提高LED輸出電流精度，從開環到閉環是其本質的突破。

2 原理與設計

2.1 目前LED非隔離恒流驅動電流領域主流的控製策略

如圖1所示，電路是BUCK降壓結構
，芯片控製的是MOSFET的源極，這是一種開環的恒流電流控製方式，控製原理如下：

芯片內部有兩個比較器，其比較參考電平分別為Vpk和Vvalley，與之比較的是Rs兩端的電壓。

Vin上電時，電感L和電流采樣電阻Rs的初始電流為零，LED輸出電流也為零。這時候，CS比較器的輸出為高，內部功率開關導通，SW的電位為低。電流通過電感L、電流采樣電阻Rs
、LED和內部功率開關從Vin流到地
，電流上升的斜率由Vin、電感L和LED壓降決定
，在Rs上產生一個壓差Vcs， 當(Vin-Vcs) >Vpk時，CS比較器的輸出變低

，內部功率開關關斷
，電流以另一個斜率流過電感L、電流采樣電阻Rs

、LED和肖特基二極管D
，當Vin-Vcs < Vvalley時
，功率開關重新打開，這樣使得在LED上的平均電流為：Io=1/(2*Rs)*(Vpk+Vvalley)


所以，這種開環的控製策略是，根據兩個比較電平參考電位Vpk和Vvalley


，來設定電感電流的峰峰值，從而起到了設定輸出平均電流值的效果。
zheshiyizhongjiandanyouxiaodekongzhicelve，danshiyouyuzheshiyizhongkaihuankongzhimoshi，zhinengjiancedianganshangdefengzhidianliu，wufajianceshuchudianliu，waibutiaojianfashengbianhuashi，lianggebijiaoqidouhuichanshengyanshi，shuchudianliujingduzaisanzhongqingkuangxiarongyichuxianpiancha：

1
、當輸出電壓發生變化時(如：不同的LED Vf和不同串數)

2、當主電感感量發生變化時(如：實際上量產的精度不高)

3
、當輸入電壓發生變化時。

2.2 DU2401 如何實現真正全閉環的恒流控製

[page] 所謂的閉環，即真正檢測輸出電流值
，以此為標準來發出PWM信號。所謂開環，不以檢測到的輸出電流值來做發出PWM信號的參考。從電路拓撲上，二者沒有區別。但是在芯片內部對檢測到的如圖2 CS腳電感電流信號
，做專利技術處理，如圖3 TRUEC2部分。這樣
，就檢測到了電感電流的平均值，也就是輸出電流的平均值。芯片針對檢測到的值
，控製輸出占空比
，實現了閉環控製。

另外

，圖1 Rs電阻串聯在Vin和LED負載之間
，這意味著不論芯片內部開關管開通和關斷，Rs都將通過電流。圖2的全閉環LED射燈驅動電源中，Rs隻在開關管開通的時候，有電流通過
，這也是全閉環控製帶來的好處。這樣會帶來一個非常顯著的性能提高
，因為Rs電阻的能耗減少，會提高整個係統的效率。DU2401達到了業內最高的98%的效率
，正是基於這種全閉環控製策略。


3 實驗驗證

我們選擇了一個典型LED射燈應用來做IC功能驗證，基本電參數要求如下：

輸入電壓範圍：12.5~30VDC 效率：>90%

輸出電壓範圍：3~10.5VDC 輸出電流：700mA


對於輸入電壓
、負載LED變化情況下，我們測試得到如下交叉調整率結果：


圖5可以看到，由於閉環控製，在設計的正常工作範圍內
，輸出電流維持定值

，單顆係統可以認為是恒定的輸出電流
，即線性、負載調整率理論值是0。量產時
，由於參數一致性分布


，大量數據表明，恒流精度小於±0.9%。

對於輸出電感變化，我們測試到如下結果：



圖 6 反映的是電感大範圍變化(設計標稱值68uH)時，輸出電流的變化，如左圖。如果這種測試用於目前市場上開環係統芯片，電流會出現線性的大範圍波動，如右圖。而DU2401 閉環的方式，使得輸出電流依然保持±0.9%以內的恒流精度。充分說明了閉環係統對於整個係統恒流精度提高的重要性。



[page]


基於圖 4 的極簡線路，如圖 9

、圖10 顯示
，此方案可以在非常小的尺寸下實現 3W 的輸出功率。這樣的小尺寸
，對於空間狹小，要求很高的射燈，有實際的意義。高功率密度是LED 燈具對 LED 驅動電源提出的要求，更優的控製方式是實現更高的功率密度的根本途徑。


由圖11可以看到基於TRUECC專利技術的高性能LED射燈方案成本隻有1.45元，成本上優勢很大。

4 結論

全閉環控製，檢測輸出電流，來發出PWM信(xin)號(hao)，是(shi)真(zhen)正(zheng)的(de)恒(heng)流(liu)電(dian)源(yuan)驅(qu)動(dong)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)。實(shi)驗(yan)表(biao)明(ming)，相(xiang)對(dui)於(yu)其(qi)他(ta)非(fei)閉(bi)環(huan)的(de)方(fang)案(an)，這(zhe)種(zhong)獨(du)有(you)的(de)閉(bi)環(huan)恒(heng)流(liu)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)使(shi)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)精(jing)度(du)有(you)了(le)質(zhi)的(de)飛(fei)躍(yue)

，使(shi)整(zheng)機(ji)電(dian)源(yuan)在(zai)全(quan)電(dian)壓(ya)
、全負載、電感變化範圍內的電流精度達到行業內目前最高的±0.9%。

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