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1、TRUEC2全闭环电流专利技术LED恒流控制技术1、引言针对LED照明负载特点，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，主流的方案是通过固定关断时间来固定峰值电流，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DU8608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LED输出电流精度，从开环到闭环是其本质的突破。2、原理与设计2.1目前LED非隔离恒流驱动电流领域主流的控制策略如图1所示，电路是BUCK降压结构，芯片
2、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：当MOSFET开通时，电流从DCBUS通过LED负载，流过电感，流入地。Vi-Vo=Ldi/dt=L*Ir/DT (1)当MOSFET关断时，电感电流从D1续流。得出以下公式：Vo=Ldi/dt=L*Ir/(1-D)T (2)如图 2，Io(average)=Ipk-1/2*Ir (3)由和(3)Io=Vref/Rs-Vo*(1-D)T/(2*L) (4)Vref和Rcs都是设定的定值，由于电流流过LED负载，如果电流固定，可以认 为LED的电压Vo是固定的，所以从式(4)看出，只要电感值L固定，再固定关断 时间(1-
3、D)T， Io即固定。图1、非隔离降压恒流LED驱动电源示意图图2、开环控制策略中的电感电流波形所以，这种开环的控制策略是，连接在Rt的电阻设定MOSFET的关断时间。每个 周期开始，MOSFET打开直到电感电流上升到峰值Vref/Rs,这时MOSFET关断，关断时间由Rt决定。过了设定的关断时间，MOSFET又重新打开，这样周而复始 地工作。关断时间控制了纹波电流LED平均电流，根据想要输出的电流值，调 节CS管脚的Rs值，调节Rt值，固定每个开关周期的关断时间为一个值，从而 实现了输出电流恒流。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
4、出电流，输出电流精度在三种情况下容易出现偏差：1. 输入电压波动。（开环控制，无法反馈，系统延时造成）2. 批量生产电感感值偏差。（式4中，L变化引起Io变化）3. LED负载电压不相同（Vo）对于第1种偏差，只能采取电压补偿的办法，即检测输入电压，根据输入电压调 整内部CS参考电平值，但是效果一般，对于第2种和第3种偏差，比较难解决。一种全新的全闭环控制策略可以完全避免上述几种偏差，从根本上实现真正的 LED恒流。2.2 DU8608如何实现真正全闭环的恒流控制图3、全闭环非隔离降压恒流LED驱动电源示意图所谓的闭环，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
5、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3 CS脚电感电流信号，做专利技术处理， 如图4 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。这种控制结 构，同时使得线路极为简单，图3和图1相比，省去了开环控制所需的输入电压 补偿线路，省却了控制固定关断时间所需的Rt电阻。值得一提的是，由于闭环 控制电流，相比于开环方式，此线路具有电感短路保护功能，同时具备Rcs采样 电阻的开路、短路保护功能。这在生产应用中是非常重要的，这相当于大大降低 了系统发生故障的风险。使得
6、这种方案不仅在性能上有了质的飞跃，在可靠性上 也大大提高。图4、DU8608内部功能图图5、TRUEC2部分工作示意3、实验验证 我们选择了一个典型LED日光灯应用来做IC功能验证，基本电参数要求如下:输入电压范围：180305VAC/50Hz功率因数：0.9效率：90%输出电压范围：380VDC输出电流：240mA图6、DU8608日光灯应用原理图对于输入电压、负载LED变化情况下，我们测试得到如下交叉调整率结果:图7、系统线性调整率（电流表误差范围内，视作恒定不变）图8、系统负载调整率图7、8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
7、流，即线性理论值是0，负载调整率为 0.5%。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%.对于输出电感变化，我们测试到如下结果Vc50VVid=180ViD=22OPn二顼Vn30023SB6232352342 34食mH236项25顽1理2套L.SniH236MS碰23?235234234Dfsn w ufficofn团环授制mm图9、输出电流精度vs电感量变化（闭环控制与开环控制的区别）图9反映的 是电感大范围变化（设计标称值1.5mH ）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，按照前文推导结果公式（4），电流会出现线 性的大范围波动，如右图。而DU8608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。图10、LISN测试结果图11、CDN测试结果4、结论全闭环控制，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土 0.9%，同时，由于闭环控制，线路具备了电感短路、 电流检测电阻短路/开路保护功能，相比与开环方案，电路可靠性有了很大提高， 在生产中有显著价值。
