LED恒流驅(qū)動(dòng)不同控制模式下分析比較

　　市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的微功率電源芯片有以下幾種控制模式： PFM、PWM、c h a rgepump、FPWM、PFM/PWM以及pulse-skipPWM、digitalPWM其中常見(jiàn)的有PFM、PWM、c h a rgepump以及PFM/PWM

　　1、PFM是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率(即開(kāi)關(guān)管的工作頻率)的方法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的技術(shù)。它的脈沖寬度固定而內(nèi)部震蕩頻率是變化的，所以濾波較PWM困難。但是PFM受限于輸出功率，只能提供較小的電流。因而在輸出功率要求低，靜態(tài)功耗較低場(chǎng)合可采用PFM方式控制。

　　2、PWM的原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)集成電路內(nèi)部開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。PWM的開(kāi)關(guān)頻率一般為恒定值，所以比較容易濾波。但是PWM由于誤差放大器的影響，回路增益及響應(yīng)速度受到限制，尤其是回路增益低，很難用于LED恒流驅(qū)動(dòng)，盡管目前很多產(chǎn)品都應(yīng)用這種方案，但普遍存在恒流問(wèn)題。在要求輸出功率較大而輸出噪聲較低的場(chǎng)合可采用PWM方式控制。

　　3、c h a rgepump電荷泵解決方案是利用分立電容將電源從輸入端送至輸出端，整個(gè)過(guò)程不需要使用任何電感。c h a rgepump主要缺點(diǎn)是只能提供有限的電壓輸出范圍(輸出一般不會(huì)超過(guò)2倍輸入電壓)，原因是當(dāng)多級(jí)c h a rgepump級(jí)聯(lián)時(shí)，其效率下降很明顯。用c h a rgepump驅(qū)動(dòng)一個(gè)以上的白光LED時(shí)，必須采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)的方式，因而只適用于輸入輸出電壓相差不大的應(yīng)用。

　　4、采用DigitalPWM(數(shù)字脈寬調(diào)制)通過(guò)對(duì)獨(dú)立數(shù)字控制環(huán)路和相位的數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)DC/DC負(fù)載點(diǎn)電源轉(zhuǎn)換進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制與管理，以提供穩(wěn)定的電源，減少傳統(tǒng)供電模組的電壓波幅造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，而且DigitalPWM并不需要采用傳統(tǒng)較高量的液態(tài)電容用作儲(chǔ)波及濾波作用。DigitalPWM數(shù)字控制技術(shù)，能夠使得MOSFET管運(yùn)行在更高的頻率下，有效的緩解了電容所受到的壓力。digitalPWM適用于大電流密度，其響應(yīng)速度很快，但回路增益仍受到限制，目前成本相對(duì)較高。因此其在LED恒流驅(qū)動(dòng)上的應(yīng)用仍需進(jìn)一步研究。

　　5、FPWM(強(qiáng)制的脈寬調(diào)制)是一種恒流輸出為基礎(chǔ)的控制方式，它的工作原理是無(wú)論輸出負(fù)載如何變化總是以一種固定頻率工作，高側(cè)FET在一個(gè)時(shí)鐘周期打開(kāi)，使電流流過(guò)電感，電感電流上升產(chǎn)生通過(guò)感抗的電壓降，這個(gè)壓降通過(guò)電流感應(yīng)放大器放大，來(lái)自電流感應(yīng)放大器的電壓被加到PWM比較器輸入端，和誤差放大器的控制端作比較，一旦電流感應(yīng)信號(hào)達(dá)到這個(gè)控制電壓，PWM比較器就會(huì)重新啟動(dòng)關(guān)閉高側(cè)FET開(kāi)關(guān)的邏輯驅(qū)動(dòng)電路，低側(cè)的FET會(huì)在延遲一段時(shí)間后打開(kāi)。在輕負(fù)載下工作時(shí)，為了維持固定頻率，電感電流必須按照反方向流過(guò)低側(cè)的FET。FPWM技術(shù)驅(qū)動(dòng)芯片目前只見(jiàn)到MAXIM和NationalSemiconductor的芯片使用。

　　如上PFM、PWM是采用恒壓驅(qū)動(dòng)方式控制LED,而FPWM和PFM/PWM是恒流驅(qū)動(dòng)方式控制技術(shù)，實(shí)踐證明較適合LED驅(qū)動(dòng)。

　　本公司近期推出的IV0101/IV0102升壓轉(zhuǎn)換器芯片。它的控制模式是在PFM基礎(chǔ)上改進(jìn)的PFM/PWM控制技術(shù)，是PFM與PWM有機(jī)結(jié)合的控制方式(不是PFM與PWM的切換)，是以輸入電壓確定N開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟時(shí)間，輸出電壓與輸入電壓差確定同步管開(kāi)啟時(shí)間，而不像PWM采用誤差放大器反饋輸出的方式調(diào)節(jié)脈寬。在有一定負(fù)載情況下，開(kāi)關(guān)頻率取決于N管開(kāi)啟時(shí)間tN和P管開(kāi)啟時(shí)間tP。
　　其中tP≧KP/(Vout-Vin)；tN≦KN/Vin

　　在輕負(fù)載時(shí)，充電周期持續(xù)在最大值tN。當(dāng)電感電流為零，同步整流管開(kāi)啟時(shí)，芯片工作在分立式模式(DCM)下。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，由于大負(fù)載原因，輸出很快降至設(shè)定點(diǎn)。如果負(fù)載電流增加，芯片工作在連續(xù)模式(CCM)下，即總有電流流過(guò)電感，只要電感電流峰值沒(méi)有達(dá)到最大，那N管開(kāi)啟時(shí)間tN始終保持在設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)充電結(jié)束開(kāi)始放電周期時(shí)，開(kāi)關(guān)管電流將達(dá)到最大。但是，滿(mǎn)負(fù)載仍未達(dá)到，因?yàn)樵谧钚》烹姇r(shí)間結(jié)束后，輸出仍然可調(diào)。當(dāng)放電時(shí)間到最小值tP時(shí)，將達(dá)到滿(mǎn)負(fù)載。所以本控制模式就是通過(guò)不斷地調(diào)整N管開(kāi)啟時(shí)間tN和P管開(kāi)啟時(shí)間tP來(lái)調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率從而保證恒流輸出的。在PWM控制方式下，為了避免寄生電感造成的系統(tǒng)震蕩故障，一般都要接輸入電容Cin，本芯片在電源接入端沒(méi)有接輸入電容，因而省卻了PCB板電容位置，減小了板面積，并且避免了在PWM循環(huán)時(shí)，由電容產(chǎn)生的突波脈沖現(xiàn)象，防止了系統(tǒng)效能下滑，因?yàn)樗荘FM與PWM有機(jī)結(jié)合的控制方式，因而它具有PFM較快的響應(yīng)速度和很高的回路增益及PWM大電流輸出特性，可與PWM調(diào)光相配合，成為理想的中小功率LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片。