摘要：  文章详细介绍了基于TRUEC2技术非隔离BUCK拓扑，来实现极高精度LED恒流控制。试验证明，全闭环TRUEC2技术实时检测真实输出电流，免受输入电压、外部电感影响，突破性地提高了LED输出电流的精度。集成MOSFET，简化外围线路;控制方式免受电感影响，可选择更低价的工字型电感，提高可靠性的同时降低了成本，受到市场广泛欢迎。

关键字：  LED照明负载，  恒流驱动电源，  非隔离LED恒流控制技术，  占空比半导体

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。本文将把非隔离LED恒流控制技术的发展分为三代，讨论控制策略实现恒流的原理的发展，分析每一代的优缺点，每一代有哪些突破性进步。基于占空比半导体公司的DU8623/DU8633芯片，介绍最新一代集成式闭环电流控制技术，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。介绍了一种极简线路极小尺寸的7W球泡灯驱动方案，由于闭环控制对于电感变化不敏感，选用更低价的工字型电感，这就在提高可靠性和精度的同时，降低了整体方案成本。

2. 1三代非隔离LED恒流控制技术发展

第一代LED恒流芯片：

此类芯片主要的技术特点是基于固定频率的PWM芯片(如UC384X等)，通过降低电感纹波电流，固定电感峰值电流来实现恒流。但由于开关频率固定，为避免次谐振荡，它的最大占空比只能用到50%，其应用范围就很受限了;再者由于电感纹波很小，那就需要比较大的电感量，同时还有EMI较难解，效率也不高等缺点。这类芯片主要包括：

HV9910(美国超科)、PT4107(华润矽微)、SMD802(台湾芯瑞)、FT870(辉芒微)、LNK506(PI)等;

第二代LED恒流芯片：

此类芯片相对与第一代的创新是：固定Toff技术。固定开关管的关断时间， 就可以允许较大的电感纹波电流，占空比也可以做到接近100%。其应用范围也比较宽。但这代产品有几个缺点，就是当输出电压变化或电感量发生变化时，无法恒流。这类芯片主要有：

HB9910B(超科)，SN3910(矽恩)，LM3445(国半)等。

图1 开环控制策略(固定Toff)的电感电流波形

如图1所示，电路是BUCK降压结构，芯片控制的是MOSFET的源极，这种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=L=L (1)

当MOSFET关断时，电感电流从D1续流。得出以下公式：

Vo= L=L (2)

如图1，Io(average)= Ipk- (3)

由(2)和(3)

Io=-Vo* (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-D)T， Io即固定。

第三代LED恒流芯片：

这类产品可以称为真正的恒流源，因为实时逐周期检测、控制了真实输出电流，最终无论是输出电压、电感还是输入电压发生变化时都能实现恒流。这类芯片包括：

DU8608、 DU8623、 DU8633、DU2702

2.2 DU8623/DU8633集成开关简化线路实现真正全闭环的恒流控制

图2 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部分做积分处理，并同时检测峰值电流。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，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。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。DU8623和DU8633分别集成了1A和2A的高压MOSFET，又将简化线路做到了极致，可以实现所有20W以内的非隔离LED驱动需求。

图3 芯片内部TRUEC2部分模块工作示意

图4 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4是两个实测结果对比，反映的是电感大范围变化(设计标称值1.5mH)时，闭环与开环式控制方式输出电流的变化对比。如果使用DU8623、DU8633 闭环的方式，如左图，输出电流保持±0.9%以内的恒流精度。如果这种用目前市场上第二代开环系统芯片，电流会随电感量变化线性的大范围波动，如右图。从上文式(4)可以看出，第二代控制方式输出电流与电感量L有关，而第三代控制方式输出电流与L无关。实验证明了此结论。

这样的鲜明测试对比结果让我们思考一个问题，针对对于价格非常敏感的LED驱动市场，如何在提高性能的同时降低成本?

答案就在图5中，我们使用闭环控制策略，在提高系统恒流精度的同时，可以选用更低价的“工字”型电感，来实现提高性能、降低成本的目标。

图5 “工字”型电感(左)和EE型电感(右)

同样功率LED球泡灯应用，工字型电感比EE型电感便宜￥0.3～0.4左右，对于价格及其敏感的LED电源行业，这种差别相当可观。市面常见的芯片(前文提到的第一代和第二代)，很难使用价廉的工字型电感，根本原因是工字型电感磁回路经过了空气部分，在装入金属外壳时，电感量会有比较大的偏移，这就影响了输出恒流精度。而使用闭环控制方式的DU8623和DU8633，根据以上分析，由于全闭环控制，输出恒流精度和电感量变化无关，所以可以使用更低价的工字型电感，在提高性能的同时，降低了整体方案成本。

3 实验验证

我们选择了一个典型非隔离LED球泡灯应用来做IC功能验证，基本电参数要求如下：

输入电压范围：90~305VAC/50Hz 效率：>82.5%

输出电压范围：0~60VDC 输出电流：123mA

标称输出功率：7.2W

图6 7W DU8623 球泡灯应用原理图

图7 输出7W非隔离LED球泡灯驱动电源尺寸示意

图8 PCB布板图

基于图6的极简线路，如图7、图8显示，此方案可以在非常小的尺寸下实现7W的输出功率。这样的小尺寸，对于空间狭小，要求很高的球泡灯，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。

对于输入电压、负载LED变化情况下，我们测试得到如下线性、负载调整率结果：

图9系统线性调整率(电流表误差范围内，视作恒定不变)

线性调整率的实际意义是：1. 电网波动时的恒流。 2. 应用于世界范围内不同电网的恒流。图9的线性调整率接近0，这是因为芯片逐周期闭环控制，立刻响应，不会引起输出电流变化。在实现如此理想的线性调整率的同时，还省却了第二代控制芯片因为线性补偿的许多外围元器件，同时提升的是电路的可靠性。

图10 系统负载调整率

高负载调整率的实际意义是多套灯负载可以用一套电源。例如12串输出是36V左右，24串输出是72V左右，如果设计电流值相同，可以使用同一套电源，对于电源厂，在生产中对于备料、库存管理有显著价值。值得一提的是，如图10，此系统在短路的时候依然实现了恒流，这就意味着：1. 短路保护通过最安全的方式实现。2. 这是真正意义的全负载恒流。

图9、10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，即线性调整率接近0，负载调整率为±0.5%。量产时，由于参数一致性分布，大量试产数据表明，恒流精度小于±2%.

4 结论

非隔离LED恒流驱动发展至今，已经经历了三代。如何针对LED负载的需求，从控制的核心出发，提供更高性能、更可靠、更低成本的方案，这是笔者及其业内所有专注LED照明事业人士所思考的问题。简言之，有以下3个问题需要我们去解：

1. 如何实现更高的恒流精度

2. 如何用更低的成本实现更高恒流精度

3. 如何用更低的成本实现更高的恒流精度时使生产可靠性更高

看似绕口令的三个问题，终极的问题是第三个。目前全球LED产业的重心在中国，中国LED驱动电源标准尚未敲定，市场百花齐放，产品却良莠不齐，市场以逐利行为导向导致许多质量不过硬的产品流向了消费者。盲目的降成本牺牲性能其实只是短视的商业行为，标准的建立将会有助于整个行业的产业提升。占空比公司，作为中国LED标准委员会半导体照明技术标准组的成员单位，作为专业从事LED照明驱动的芯片公司，肩负中国LED标准的撰写任务。可喜的是，第三代非隔离LED恒流驱动技术，基于对市场深入骨髓了解所诞生的产品，对于应对以上3个问题时有了突破性的解答。革命性的全闭环控制专利，为LED市场而生，实现了以下突破：

1. 极高系统恒流精度

2. 对外围元件不敏感致使成本大幅降低

3. 从控制方式上实现了极高功率密度

4. 生产高可靠性