TRUEC2技術(shù)的高性能LED射燈方案
文章來源:恒光電器
發(fā)布時(shí)間:2014-01-27
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針對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)的方案是通過固定關(guān)斷時(shí)間來固定峰值電流,，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)部功率開關(guān)導(dǎo)通，SW的電位為低,。電流通過電感L,、電流采樣電阻Rs、LED和內(nèi)部功率開關(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)部功率開關(guān)關(guān)斷,，電流以另一個(gè)斜率流過電感L,、電流采樣電阻Rs、LED和肖特基二極管D,，當(dāng)Vin-Vcs<Vvalley時(shí),，功率開關(guān)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(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,。
這是一種簡單有效的控制策略，但是由于這是一種開環(huán)控制模式,，只能檢測電感上的峰值電流,，無法檢測輸出電流，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),，即真正檢測輸出電流值,，以此為標(biāo)準(zhǔn)來發(fā)出PWM信號(hào)。所謂開環(huán),，不以檢測到的輸出電流值來做發(fā)出PWM信號(hào)的參考,。從電路拓?fù)渖希邲]有區(qū)別,。但是在芯片內(nèi)部對檢測到的如圖2CS腳電感電流信號(hào),，做專利技術(shù)處理,，如圖3TRUEC2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)部開關(guān)管開通和關(guān)斷,，Rs都將通過電流,。圖2的全閉環(huán)LED射燈驅(qū)動(dòng)電源中，Rs只在開關(guān)管開通的時(shí)候,，有電流通過,，這也是全閉環(huán)控制帶來的好處。這樣會(huì)帶來一個(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
對于輸入電壓,、負(fù)載LED變化情況下,，我們測試得到如下交叉調(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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