實際考慮驅(qū)動LED串的DCM升壓轉(zhuǎn)換器簡化分析

本文的第1部分專門對驅(qū)動LED串的升壓轉(zhuǎn)換器進行了理論分析。激發(fā)這項研究的是穩(wěn)定汽車應(yīng)用背光驅(qū)動器環(huán)路的需求。由于應(yīng)用了脈寬調(diào)制(PWM)進行調(diào)光控制，環(huán)路控制就是一項會影響最終性能的重要設(shè)計考慮因素。第2部分介紹應(yīng)用的方案，并將對比驗證測量的頻率響應(yīng)與理論推導(dǎo)數(shù)值。

LED調(diào)光控制系統(tǒng)電路圖

高亮度白光LED的模擬調(diào)光會產(chǎn)生色偏。PWM數(shù)字調(diào)光控制是預(yù)防色偏的首選調(diào)光方法，因為發(fā)光強度將是平均流明強度。PWM導(dǎo)通周期期間的LED電流幅值與調(diào)光比為獨立互不影響。

圖1代表的是汽車應(yīng)用LED調(diào)光控制系統(tǒng)，其在關(guān)閉模式下靜態(tài)電流消耗低于10 μA。它采用安森美半導(dǎo)體的NCV887300[1] 1 MHz非同步升壓控制器，此器件以恒定頻率不連續(xù)峰值電流模式工作。負(fù)載包含一串共10顆的串聯(lián)Nichia NSSW157-AT[2]白光高亮度LED。相應(yīng)的電路板如圖2所示。

圖2：NCV887300 LED演示電路板。

為了方便分析，下面列出了NCV887300控制器的關(guān)鍵參數(shù)：

- VIN = 13.2 V時，靜態(tài)電流 (Iq) 6 μA (-40 °C TJ 125 °C) 。

- EN/SYNC引腳：能夠連接至外部TTL指令。引腳有雙重功能，還支持振蕩器同步至外部時鐘

- ISNS：升壓晶體管電流感測限流閾值電壓為400 mV;內(nèi)部斜坡補償為130 mV/μs。

- VC：內(nèi)部運算跨導(dǎo)放大器(OTA)補償引腳。在封裝引腳與放大器輸出之間有一顆裸片級的542W ESD中聯(lián)保護電阻。典型跨導(dǎo)gm為1.2 mS。OTA提供100 μA汲電流/源電流能力。

- VFB：LED 電流感測電阻R29根據(jù)約200mV的內(nèi)部參考電壓來調(diào)節(jié)。

圖1所示LED PWM調(diào)光控制電路的設(shè)計目標(biāo)及工作原理如下文所示。設(shè)計目標(biāo)

在6至18V輸入電壓工作范圍下，此電路在200 Hz PWM調(diào)光頻率時能支持1000:1的PWM調(diào)光比，使得計算出的最小脈沖寬度為5 μs。工作頻率為1 MHz的NCV887300能產(chǎn)生最少5個升壓晶體管門脈沖，以維持提供給LED電流的輸出電容電荷。需要不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來維持穩(wěn)壓，因為在每個門脈沖過后升壓電感能量全部被釋放。連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會導(dǎo)致穩(wěn)壓性能較差，且?guī)聿缓弦蟮哪M調(diào)光，因為升壓電感的能量增強慣性要求數(shù)個工作周期。

輸出漏電流損耗必須減至最低，以幫助維持深度調(diào)光工作期間的輸出電容電荷。漏電流導(dǎo)致LEDPWM關(guān)閉時間期間出現(xiàn)一些輸出電壓放電，反過來產(chǎn)生一些模擬調(diào)光，使PWM恢復(fù)導(dǎo)通時間時補償網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)顯著誤差。

- 肖特基整流器遭受跟溫度相關(guān)的大漏電流影響。為了將升壓整流器漏電流減至最小，電路中選擇了超快技術(shù)的升壓整流器。

- 陶瓷電容的漏電流比電解電容低得多，是首選的輸出升壓電容。

- 輸出過壓監(jiān)測電路電流消耗必須保持在最低值。利用接地之電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測電路是不適合的。此電路中選擇了齊納激發(fā)的過壓檢測電路，因為齊納拐點(knee)電壓比電池電壓高得多，而漏電流極低。

電路工作信息

Q18阻斷數(shù)字電流，用于PWM數(shù)字調(diào)光控制。當(dāng)PWM指令為有源低電平時，D34將IC的VFB反饋控制電壓鉗位至低于控制器穩(wěn)壓點的值，并阻斷升壓IC GDRV FET門驅(qū)動信號。Q15用作補償網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)采樣/維持功能，用于深度調(diào)光應(yīng)用。通用在PWM調(diào)光期間斷開補償網(wǎng)絡(luò)連接，反饋補償電容電荷(C31及C32)被維持，而當(dāng)PWM指令變?yōu)橛性锤唠娖綍r快速動態(tài)控制就恢復(fù)。

Q14與R48/R49/R51/R52一起用于1.8 V邏輯PWM調(diào)光信號的電平轉(zhuǎn)換，U7緩沖PWM信