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开环控制和闭环电流控制LED射灯方案的优缺点分

作者:皇冠体育 发布时间:2019-11-07 15:16

  负载特点,目前非隔离式的恒流驱动电源的拓扑结构基本上是BUCK降压结构,传统的方案是通过固定关断时间来固定峰值,从而达到固定输出电流的控制策略。本文将讨论这种控制策略实现恒流的原理,分析这种开环控制策略的优缺点,和应用这种控制策略需要做的外围补偿,同时基于占空比半导体公司新产品DU2401芯片,介绍这种全新的闭环电流控制策略,详细介绍这种控制策略如何突破性提高

  如图1所示,电路是BUCK降压结构,芯片控制的是MOSFET的源极,这是一种开环的恒流电流控制方式,控制原理如下:

  芯片内部有两个比较器,其比较参考电平分别为Vpk和Vvalley,与之比较的是Rs两端的电压。

  Vin上电时,电感L和电流采样电阻Rs的初始电流为零,LED输出电流也为零。这时候,CS比较器的输出为高,内部功率开关导通,SW的电位为低。电流通过电感L、电流采样电阻Rs、LED和内部功率开关从Vin流到地,电流上升的斜率由Vin、电感L和LED压降决定,在Rs上产生一个压差Vcs, 当(Vin-Vcs)>

  Vpk时,CS比较器的输出变低,内部功率开关关断,电流以另一个斜率流过电感L、电流采样电阻Rs、LED和肖特基二极管D,当Vin-Vcs

  所以,这种开环的控制策略是,根据两个比较电平参考电位Vpk和Vvalley,来设定电感电流的峰峰值,从而起到了设定输出平均电流值的效果。

  这是一种简单有效的控制策略,但是由于这是一种开环控制模式,只能检测电感上的峰值电流,无法检测输出电流,外部条件发生变化时,两个比较器都会产生延时,输出电流精度在三种情况下容易出现偏差:

  所谓的闭环,即真正检测输出电流值,以此为标准来发出PWM信号。所谓开环,不以检测到的输出电流值来做发出PWM信号的参考。从电路拓扑上,二者没有区别。但是在芯片内部对检测到的如图2 CS脚电感电流信号,做专利技术处理,如图3 TRUEC2部分。这样,就检测到了电感电流的平均值,也就是输出电流的平均值。芯片针对检测到的值,控制输出占空比,实现了闭环控制。

  另外,图1 Rs电阻串联在Vin和LED负载之间,这意味着不论芯片内部开关管开通和关断,Rs都将通过电流。图2的全闭环LED射灯驱动电源中,Rs只在开关管开通的时候,有电流通过,这也是全闭环控制带来的好处。这样会带来一个非常显著的性能提高,因为Rs电阻的能耗减少,会提高整个系统的效率。DU2401达到了业内最高的98%的效率,正是基于这种全闭环控制策略。

  图5可以看到,由于闭环控制,在设计的正常工作范围内,输出电流维持定值,单颗系统可以认为是恒定的输出电流,即线性、负载调整率理论值是0。量产时,由于参数一致性分布,大量数据表明,恒流精度小于±0.9%.

  图6反映的是电感大范围变化(设计标称值68uH)时,输出电流的变化,如左图。如果这种测试用于目前市场上开环系统芯片,电流会出现线性的大范围波动,如右图。而DU2401 闭环的方式,使得输出电流依然保持±0.9%以内的恒流精度。充分说明了闭环系统对于整个系统恒流精度提高的重要性。

  基于图4的极简线显示,此方案可以在非常小的尺寸下实现3W的输出功率。这样的小尺寸,对于空间狭小,要求很高的射灯,有实际的意义。高功率密度是LED 灯具对 LED 驱动电源提出的要求,更优的控制方式是实现更高的功率密度的根本途径。

  由图11可以看到基于TRUECC专利技术的高性能LED射灯方案成本只有1.45元,成本上优势很大。

  全闭环控制,检测输出电流,来发出PWM信号,是真正的恒流电源驱动控制技术。实验表明,相对于其他非闭环的方案,这种独有的闭环恒流控制技术使输出电流精度有了质的飞跃,使整机电源在全电压、全负载、电感变化范围内的电流精度达到行业内目前最高的±0.9%

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