玩轉(zhuǎn)升壓調(diào)節(jié)器——預(yù)測LED驅(qū)動(dòng)器反饋環(huán)路
在進(jìn)行功率級(jí)小信號(hào)建模時(shí),升壓調(diào)節(jié)器與降壓調(diào)節(jié)器相比有兩個(gè)缺點(diǎn):第一,它有一個(gè)由占空比和負(fù)載決定的右半平面(RHP)零點(diǎn),從而加大了模型的推導(dǎo)復(fù)雜性;第二,升壓調(diào)節(jié)器不如降壓調(diào)節(jié)器常用,因而其沒有在推導(dǎo)精確小信號(hào)模型方面付出太多努力。本篇文章,我們將介紹一種面向電流模式升壓轉(zhuǎn)換器 (作為電壓調(diào)節(jié)器使用)的簡化模型,同時(shí)給出為了預(yù)測升流調(diào)節(jié)器行為需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)做法進(jìn)行的幾項(xiàng)修改建議。
峰值電流模式控制(在升壓調(diào)節(jié)器中控制電感器/開關(guān)電流,而不是輸出電流)在低端控制器和單片IC中隨處可見,它們的控制開關(guān)發(fā)射極/源極與系統(tǒng)地相連。所有常見的可用低端控制器實(shí)現(xiàn)的開關(guān)調(diào)節(jié)器,諸如升壓、反激(flyback)、單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)和Cuk轉(zhuǎn)換器,都有 RHP零點(diǎn)。通過將一個(gè)輸出LC極點(diǎn)移到高于控制環(huán)帶寬的高頻,電流模式控制簡化了控制到輸出的轉(zhuǎn)換功能。電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的性能都可以借助如下的功率級(jí)轉(zhuǎn)換方程進(jìn)行預(yù)測:
公式中電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器的不同,可以參考下面的圖1a和1b。
DC增益
(左邊為電壓穩(wěn)壓器;右邊為電流穩(wěn)壓器)
Gi是控制器IC的參數(shù),ROP = VO / IF
系統(tǒng)極點(diǎn)
(上面為電壓調(diào)節(jié)器;下邊為電流調(diào)節(jié)器)
RHP零點(diǎn)
(上面為電壓調(diào)節(jié)器;下面為電流調(diào)節(jié)器)
對(duì)升壓和升流調(diào)節(jié)器來說,下面的數(shù)值是一樣的:
占空比
(VD是輸出二極管壓降,典型值為0.5V)
ESR零點(diǎn)
采樣雙極品質(zhì)因數(shù)
固有的電感電流斜率
斜率補(bǔ)償
(Vm是控制器IC的參數(shù);fSW是開關(guān)頻率。)
采樣雙極拐角頻率:
到目前為止,從電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為電流調(diào)節(jié)的最大變化在于DC增益,它源自于與RO相比值很小的rD,以及由組合負(fù)載和反饋路徑產(chǎn)生的電阻分壓器效應(yīng)??紤]一個(gè)輸入12V 、輸出36V/1A的電壓調(diào)節(jié)器,DC增益計(jì)算得出的結(jié)果約為30dB。對(duì)比一下,驅(qū)動(dòng)10個(gè)白光LED((VO ≈36V)的電流調(diào)節(jié)器,電流也為1A、輸入也為12V,其DC增益僅為6dB。
放大的電流感應(yīng)
幾乎所有帶可調(diào)輸出的調(diào)節(jié)器,都可改裝成一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器,但簡單地用led串替換頂部反饋分壓電阻并用電流感應(yīng)電阻替換底部反饋電阻,將耗費(fèi)電能并產(chǎn)生熱量。若不對(duì)電流感應(yīng)電壓進(jìn)行放大以匹配1.25V的標(biāo)準(zhǔn)能隙基準(zhǔn)電壓,則當(dāng) 1A電流通過LED時(shí),電流感應(yīng)電阻的功耗為1.25W。但其對(duì)整個(gè)控制環(huán)的影響不大。降低的RSNS值大致抵消了增加的增益。對(duì)于增益ASNS來說,DC增益可通過下式得出:
圖2顯示的是采用低成本運(yùn)放的電流感應(yīng)放大器的實(shí)際應(yīng)用。20Ω的加入電阻(injection resistor)將被放在運(yùn)放輸出和穩(wěn)壓器的FB腳之間。
結(jié)論:
預(yù)測并測量用升流變壓器驅(qū)動(dòng)的LED控制環(huán)路響應(yīng),需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)作法進(jìn)行以下幾方面的修改。
LED驅(qū)動(dòng)器被看作恒流源,它沒有電壓穩(wěn)壓器必須克服的負(fù)載瞬變。忽略“控制到輸出”的響應(yīng),而利用一個(gè)積分電路進(jìn)行簡單補(bǔ)償?shù)淖鞣ň哂形Α?
HBLED驅(qū)動(dòng)器需要仔細(xì)進(jìn)行分析,以提供高DC增益(為確保輸出電流的準(zhǔn)確性);另外,由于采用PWM調(diào)光,因此帶寬要盡量寬。需要一個(gè)快速的控制環(huán)路,用來對(duì)響應(yīng)該調(diào)光信號(hào)的輸出電流進(jìn)行迅速瞄準(zhǔn),其重要性等同于電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)載瞬變響應(yīng)。
在這里,審慎預(yù)測、仔細(xì)設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確測量對(duì)升壓LED驅(qū)動(dòng)器的重要性,不亞于其對(duì)升壓調(diào)節(jié)器的重要性。
圖1: (a)電壓調(diào)節(jié)電路;(b)電流調(diào)節(jié)電路。
圖2:電流感應(yīng)放大器。
評(píng)論