TRUEC2技術(shù)的高性能LED 射燈方案
導(dǎo)讀:文將討論這種控制策略實現(xiàn)恒流的原理,分析這種開環(huán)控制策略的優(yōu)缺點,和應(yīng)用這種控制策略需要做的外圍補償,同時基于占空比半導(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。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201808/387489.htm1 引 言
針對LED照明負(fù)載特點,目前非隔離式的恒流驅(qū)動電源的拓?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)斷時間來固定峰值電流,從而達到固定輸出電流的控制策略。
2 原理與設(shè)計
2.1 目前LED非隔離恒流驅(qū)動電流領(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(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)生一個壓差Vcs, 當(dāng)(Vin-Vcs) >Vpk時,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,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,兩個比較器都會產(chǎn)生延時,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(如:不同的LED Vf和不同串?dāng)?shù))
2、當(dāng)主電感感量發(fā)生變化時(如:實際上量產(chǎn)的精度不高)
3、當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時。
2.2 DU2401 如何實現(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。所謂開環(huán),不以檢測到的輸出電流值來做發(fā)出PWM信號的參考。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2 CS腳電感電流信號,做專利技術(shù)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,控制輸出占空比,實現(xiàn)了閉環(huán)控制。
另外,圖1 Rs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)動電源中,Rs只在開關(guān)管開通的時候,有電流通過,這也是全閉環(huán)控制帶來的好處。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,會提高整個系統(tǒng)的效率。DU2401達到了業(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 實驗驗證
我們選擇了一個典型LED射燈應(yīng)用來做IC功能驗證,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
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