TRUEC2技術(shù)的高性能LED射燈方案
文章來(lái)源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-01-27
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針對(duì)LED照明負(fù)載特點(diǎn)，目前非隔離式的恒流驅(qū)動(dòng)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本上是BUCK降壓結(jié)構(gòu),，傳統(tǒng)的方案是通過(guò)固定關(guān)斷時(shí)間來(lái)固定峰值電流,，從而達(dá)到固定輸出電流的控制策略。本文將討論這種控制策略實(shí)現(xiàn)恒流的原理,，分析這種開(kāi)環(huán)控制策略的優(yōu)缺點(diǎn),，和應(yīng)用這種控制策略需要做的外圍補(bǔ)償，同時(shí)基于占空比半導(dǎo)體公司新產(chǎn)品DU2401芯片,，介紹這種全新的閉環(huán)電流控制策略,，詳細(xì)介紹這種控制策略如何突破性提高LED輸出電流精度，從開(kāi)環(huán)到閉環(huán)是其本質(zhì)的突破,。
2原理與設(shè)計(jì)
2.1目前LED非隔離恒流驅(qū)動(dòng)電流領(lǐng)域主流的控制策略
如圖1所示,，電路是BUCK降壓結(jié)構(gòu)，芯片控制的是MOSFET的源極,，這是一種開(kāi)環(huán)的恒流電流控制方式,，控制原理如下：
芯片內(nèi)部有兩個(gè)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(shí),，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(shí)候,，CS比較器的輸出為高，內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通,，SW的電位為低,。電流通過(guò)電感L、電流采樣電阻Rs,、LED和內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)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(chǎn)生一個(gè)壓差Vcs,，當(dāng)(Vin-Vcs)>Vpk時(shí)，CS比較器的輸出變低,，內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷,，電流以另一個(gè)斜率流過(guò)電感L、電流采樣電阻Rs,、LED和肖特基二極管D,，當(dāng)Vin-Vcs<Vvalley時(shí)，功率開(kāi)關(guān)重新打開(kāi),，這樣使得在LED上的平均電流為：Io=1/(2*Rs)*(Vpk+Vvalley)
所以,，這種開(kāi)環(huán)的控制策略是，根據(jù)兩個(gè)比較電平參考電位Vpk和Vvalley,，來(lái)設(shè)定電感電流的峰峰值,，從而起到了設(shè)定輸出平均電流值的效果。
這是一種簡(jiǎn)單有效的控制策略,，但是由于這是一種開(kāi)環(huán)控制模式,，只能檢測(cè)電感上的峰值電流，無(wú)法檢測(cè)輸出電流,，外部條件發(fā)生變化時(shí),，兩個(gè)比較器都會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，輸出電流精度在三種情況下容易出現(xiàn)偏差：
1,、當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)(如：不同的LEDVf和不同串?dāng)?shù))
2,、當(dāng)主電感感量發(fā)生變化時(shí)(如：實(shí)際上量產(chǎn)的精度不高)
3、當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí),。
2.2DU2401如何實(shí)現(xiàn)真正全閉環(huán)的恒流控制
所謂的閉環(huán),，即真正檢測(cè)輸出電流值,，以此為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)發(fā)出PWM信號(hào)。所謂開(kāi)環(huán),，不以檢測(cè)到的輸出電流值來(lái)做發(fā)出PWM信號(hào)的參考,。從電路拓?fù)渖希邲](méi)有區(qū)別,。但是在芯片內(nèi)部對(duì)檢測(cè)到的如圖2CS腳電感電流信號(hào),，做專(zhuān)利技術(shù)處理，如圖3TRUEC2部分,。這樣,，就檢測(cè)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(duì)檢測(cè)到的值,，控制輸出占空比，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制,。
另外,，圖1Rs電阻串聯(lián)在Vin和LED負(fù)載之間,，這意味著不論芯片內(nèi)部開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷,，Rs都將通過(guò)電流。圖2的全閉環(huán)LED射燈驅(qū)動(dòng)電源中,，Rs只在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的時(shí)候,，有電流通過(guò)，這也是全閉環(huán)控制帶來(lái)的好處,。這樣會(huì)帶來(lái)一個(gè)非常顯著的性能提高,，因?yàn)镽s電阻的能耗減少，會(huì)提高整個(gè)系統(tǒng)的效率,。DU2401達(dá)到了業(yè)內(nèi)最高的98%的效率,，正是基于這種全閉環(huán)控制策略。
3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
我們選擇了一個(gè)典型LED射燈應(yīng)用來(lái)做IC功能驗(yàn)證,，基本電參數(shù)要求如下：
輸入電壓范圍：12.5~30VDC效率：>90%
輸出電壓范圍：3~10.5VDC輸出電流：700mA
對(duì)于輸入電壓,、負(fù)載LED變化情況下，我們測(cè)試得到如下交叉調(diào)整率結(jié)果：
圖5可以看到,，由于閉環(huán)控制,，在設(shè)計(jì)的正常工作范圍內(nèi)，輸出電流維持定值,，單顆系統(tǒng)可以認(rèn)為是恒定的輸出電流,，即線性、負(fù)載調(diào)整率理論值是0,。量產(chǎn)時(shí),，由于參數(shù)一致性分布,，大量數(shù)據(jù)表明，恒流精度小于±0.9%,。
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