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pinDU2401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。
這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)簡(jian)單(dan)有(you)效(xiao)的(de)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)，但(dan)是(shi)由(you)於(yu)這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi)模(mo)式(shi)
，隻(zhi)能(neng)檢(jian)測(ce)電(dian)感(gan)上(shang)的(de)峰(feng)值(zhi)電(dian)流(liu)，無(wu)法(fa)檢(jian)測(ce)輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)，外(wai)部(bu)條(tiao)件(jian)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)時(shi)
，兩(liang)個(ge)比(bi)較(jiao)器(qi)都(dou)會(hui)產(chan)生(sheng)延(yan)時(shi)，輸(shu)出(chu)電(dian)流(liu)精(jing)度(du)在(zai)三(san)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)偏(pian)差(cha)：

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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