RGB LED驅(qū)動(dòng)器支持彩色照明設(shè)計(jì)

次放大，最終轉(zhuǎn)換成正斜率信號(hào)作用在PWM比較器輸入。為了保證電流環(huán)路穩(wěn)定，這個(gè)正斜率信號(hào)不能超過作用在PWM比較器另一輸入端的三角波信號(hào)的正斜率。這一條件限定了信號(hào)到達(dá)PWM比較器之前電感電流的總增益(開關(guān)頻率處)。低頻總增益可以更高一些，允許平均電感電流精確建立在所設(shè)定的穩(wěn)態(tài)值。

從IC(U2)架構(gòu)可以看出，通過控制電流誤差放大器的增益級(jí)可滿足穩(wěn)定性要求。利用下式可以計(jì)算開關(guān)頻率處的最大增益，確保放大器環(huán)路穩(wěn)定：



式中VRPP為內(nèi)部紋波的峰峰值(2V)，L為L1電感值，AVCSA為電流檢測放大器的差分增益(34.5V/V)。將已知參數(shù)代入公式可得：ACEA=1.75V/V。內(nèi)部電流誤差放大器為跨導(dǎo)放大器，增益為550mS (550mA/V)。電阻R10連接到誤差放大器輸出CLP (第16引腳)，控制電流誤差放大器在開關(guān)頻率處的增益。電阻R10為：



代入已知參數(shù)，可得：R10= 3.18kW。應(yīng)用中采用3.16kW標(biāo)準(zhǔn)電阻。

如果R10接GND，頻率低于3dB截止頻率時(shí)，電流誤差放大器的增益為1.75V/V。為保證環(huán)路穩(wěn)定，要求在接近開關(guān)頻率時(shí)總增益為1.75V/V。較低頻率下即使具有較高增益，也不會(huì)放大線性衰減的電感電流，電感電流紋波不存在低頻分量。電流誤差放大器傳輸函數(shù)中引入一個(gè)零點(diǎn)，將使電流環(huán)路增益在零點(diǎn)頻率以上變得平坦(1.75V/V)，并在零點(diǎn)頻率以下增益明顯提升。零點(diǎn)頻率由C11和R10決定，本應(yīng)用中最佳零點(diǎn)頻率為開關(guān)頻率的1/12，能夠快速地將平均電感電流建立在設(shè)定值。為了在1/12開關(guān)頻率處放置一個(gè)零點(diǎn)，按照下式計(jì)算



。 代入已知參數(shù)，得到：C11=1.99nF，選擇2.2nF標(biāo)準(zhǔn)電感。

電壓控制環(huán)路

通過反饋環(huán)路保持R13兩端的電壓固定，最終得到固定的LED電流。根據(jù)LED電流和開關(guān)占空比產(chǎn)生一個(gè)固定值，電壓控制環(huán)路為電流控制環(huán)路產(chǎn)生一個(gè)輸入基準(zhǔn)，用于設(shè)置電感的平均電流。比較R13兩端的壓降和100mV基準(zhǔn)，電壓誤差放大器對(duì)這一差值進(jìn)行放大，產(chǎn)生一個(gè)與所要求的電感平均電流相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓，利用下式計(jì)算基于LED電流的R13電阻值：，式中，ILED為LED電流(本應(yīng)用中為2A)，0.1V是電壓控制環(huán)路的反饋基準(zhǔn)。代入已知參數(shù)，得到：R13=0.05W。電阻額定功率應(yīng)該高于ILED2×R13。

　由于boost轉(zhuǎn)換器工作在連續(xù)導(dǎo)通模式，電源電路傳輸函數(shù)存在一個(gè)右半平面(RHP)零點(diǎn)。該零點(diǎn)提供20dB/十倍頻程的增益和90度的相位滯后，很難補(bǔ)償。最簡單的方法是在低于RHP零點(diǎn)頻率處抵消該零點(diǎn)，將環(huán)路增益降至0dB(利用-20dB/十倍頻程)。對(duì)于boost轉(zhuǎn)換器，下式給出了最差工作條件下的RHP零點(diǎn)頻率(FZRHP)：，代入已知參數(shù)，可以得到：FZRHP=17.7kHz。

平均電流控制環(huán)路將電感和輸出電容COUT構(gòu)成的雙極點(diǎn)、2階系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成1階系統(tǒng)，1階系統(tǒng)的單個(gè)極點(diǎn)由輸出濾波電容和輸出負(fù)載電阻決定。輸出濾波電容和輸出負(fù)載動(dòng)態(tài)電阻構(gòu)成的極點(diǎn)頻率由下式計(jì)算：，，式中，RLD是LED負(fù)載的動(dòng)態(tài)電阻(本應(yīng)用中所使用的LED電阻為4.5W)。代入已知參數(shù)后，可得：FP2=1.88kHz。電壓誤差放大器的輸出到差分電壓放大器輸出的電壓控制環(huán)路直流增益(最大占空比時(shí))由下式計(jì)算，：，式中6V/V是圖1中U2內(nèi)部差分電壓放大器的增益，代入已知參數(shù)，可得：GP=0.75V/V。

為了補(bǔ)償電壓控制環(huán)路(使環(huán)路保持穩(wěn)定并具有足夠的相位裕量)，環(huán)路單位增益的頻率(FC)應(yīng)該低于RHP零點(diǎn)頻率的1/5。本應(yīng)用中，為了獲得較好的相位裕量，單位增益頻率選擇RHP零點(diǎn)頻率的1/10：，代入已知參數(shù)，可得：FC=1.77kHz。電壓誤差放大器傳輸函數(shù)具有一個(gè)主極點(diǎn)(FP1)和一個(gè)零點(diǎn)(FZ1)，用于補(bǔ)償輸出極點(diǎn)FP2和高頻極點(diǎn)(FP3)。補(bǔ)償零點(diǎn)(FZ1)放置在輸出極點(diǎn)頻率，利用下式計(jì)算電壓誤差放大器的增益(FZ1處)，總環(huán)路增益在FC頻點(diǎn)的增益為0dB：，代入已知參數(shù)，得到：AEA1=1.25V/V。電阻R14和R12決定增益AEA1：。將R12任意設(shè)置在2.2kW，得到：R14 = 2.75kW

C14和R14決定補(bǔ)償零點(diǎn)頻率FZ1，按照下式計(jì)算C14：，代入已知參數(shù)，得到：C14=30.8nF，實(shí)際應(yīng)用可

以選擇100nF電容。選擇較大的電容有助于改善PWM性能，在PWM OFF期間通過斷開Q3可以保持C14上的電荷。C12將高頻極點(diǎn)(FP3)置于開關(guān)頻率的一半，按照下式計(jì)算C12：，代入已知參數(shù)后可得：C12 = 386pF，選擇470pF標(biāo)準(zhǔn)電容。

　PWM調(diào)光和LED保護(hù)

LED通過連接在PWMDIM輸入端的低頻PWM信號(hào)調(diào)節(jié)亮度(外部信號(hào)作用在圖1電路)，PWM信號(hào)幅度范圍：3V至10V，頻率可達(dá)2kHz。電路中，外部MOSFET (Q1)與LED串聯(lián)能夠快速接通、切斷LED電流。PWM ON期間，Q1導(dǎo)通;PWM OFF期間Q1斷開。LED關(guān)閉時(shí)，U3將CLP拉低，禁止PWM開關(guān)工作，關(guān)閉Q2。

小信號(hào)MOSFET Q3用于完成一個(gè)重要功能，PWM調(diào)光時(shí)可直接影響LED電流控制環(huán)路的響應(yīng)時(shí)間。PWM OFF期間處于斷開狀態(tài)，阻斷C12/C14通路使其在OFF周期內(nèi)保持電荷量不變;PWM返回ON狀態(tài)時(shí)，電壓誤差放大器的輸出可以立即達(dá)到前期的穩(wěn)態(tài)值，幾乎在LED導(dǎo)通的同時(shí)建立LED電流。通用運(yùn)算放大器(U1)能夠在LED溫度達(dá)到85℃時(shí)阻止電流的流通，為LED提供保護(hù)。利用EPCOS NTC電阻檢測溫度，將其安裝在LED板，假設(shè)25℃時(shí)對(duì)應(yīng)的阻值為10kW，運(yùn)算放大器的輸出控制U2的EN輸入，當(dāng)溫度達(dá)到85℃時(shí)