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驅(qū)動(dòng)LED串的DCM升壓轉(zhuǎn)換器簡化分析(第1部分：理論分析)

2013-12-10 11:24:08 來源：http://ic.big-bit.com/ 作者：安森美半導(dǎo)體Christophe Basso 及 Alain Laprade

固定頻率$升壓轉(zhuǎn)換器非常適合于以恒流模式驅(qū)動(dòng)LED串。這種轉(zhuǎn)換器采用不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)工作，能夠有效地用于快速調(diào)光操作，提供比采用連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)工作的競爭器件更優(yōu)異的瞬態(tài)響應(yīng)。當(dāng)LED導(dǎo)通時(shí)，DCM工作能夠提供快速的瞬態(tài)性能，為輸出電容重新充電，因而將LED的模擬調(diào)光降至最低。為了恰當(dāng)?shù)胤€(wěn)定$DCM升壓轉(zhuǎn)換器，存在著小信號(hào)模型。然而，驅(qū)動(dòng)LED的升壓轉(zhuǎn)換器的交流分析，跟使用標(biāo)準(zhǔn)電阻型負(fù)載的升壓轉(zhuǎn)換器的交流分析不同。由于串聯(lián)二極管要求直流和交流負(fù)載條件，在推導(dǎo)最終的傳遞函數(shù)時(shí)必須非常審慎。

本文(即第1部分)不會(huì)使用不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)升壓轉(zhuǎn)換器的傳統(tǒng)小信號(hào)模型，而將使用基于所研究轉(zhuǎn)換器之輸出電流表達(dá)式的簡化方法。在第2部分(實(shí)際考慮)，我們將深入研究應(yīng)用方案，驗(yàn)證測量精度，并與理論推導(dǎo)進(jìn)行比較。

為LED串供電的升壓轉(zhuǎn)換器

圖1顯示了$驅(qū)動(dòng)LED串的恒定頻率峰值電流工作模式升壓轉(zhuǎn)換器的簡化電路圖。輸出電流被感測電阻Rsense持續(xù)監(jiān)測。相應(yīng)的輸出電壓施加在控制電路上，持續(xù)調(diào)節(jié)電源開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，以提供恒定的LED電流Iout。這就是受控的輸出變量。

圖1驅(qū)動(dòng)LED串以發(fā)光的升壓轉(zhuǎn)換器。輸出電流被穩(wěn)流至設(shè)定點(diǎn)值。

發(fā)光時(shí)， LED串會(huì)在LED連接的兩端產(chǎn)生電壓。這電壓取決于跟各個(gè)LED技術(shù)相關(guān)的閾值電壓VT0及其動(dòng)態(tài)阻抗rd。因此，LED串兩端的總壓降就是各LED閾值電壓之和VZ，而而動(dòng)態(tài)阻抗rLEDs表示的是LED串聯(lián)動(dòng)態(tài)阻抗之和。圖2顯示的是采用的等效電路。您可以自己來對(duì)LED串壓降及其總動(dòng)態(tài)阻抗進(jìn)行特征描述。為了測量起見，將LED串電流偏置至其額定電流IF1。一旦$LED達(dá)到熱穩(wěn)定，就測量LED串兩端的總壓降Vf1。將電流改變?yōu)樯缘椭礗F2并測量新的壓降VF2。根據(jù)這些值，您可計(jì)算出總動(dòng)態(tài)阻抗，即：

圖2：LED采用串聯(lián)連接，故需對(duì)它們的閾值電壓進(jìn)行累加;而總動(dòng)態(tài)阻抗是串聯(lián)連接的各個(gè)LED動(dòng)態(tài)阻抗之和。

回頭再看圖1。LED串與感測電阻Rsense串聯(lián)?？偨涣?ac)阻抗因此就是兩者之和：

圖3：這直流簡化電路圖顯示了等效齊納二極管及其動(dòng)態(tài)阻抗。

簡化模型

電流源實(shí)際上指的是從輸入電源獲得并無損耗地傳輸?shù)捷敵龅碾娏?。電流源可以被控制電壓Vc向上或向下調(diào)節(jié)，而Vc逐周期設(shè)定電感峰值電流?？刂破魍ㄟ^$升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)電流感測電阻Ri來觀測電感峰值電流，并以此工作。當(dāng)Ri兩端電壓與控制電壓匹配時(shí)，電源開關(guān)就被指示關(guān)閉。

如果我們現(xiàn)在來考慮交流電路圖，就要考慮電容及其寄生元件，如圖4所示。齊納元件自身并無影響，因?yàn)樵诮涣髡{(diào)制期間其電壓保持恒定：僅其動(dòng)態(tài)阻抗rLEDs需要予以考慮，融合到Rac中。如等式(5)所述。

圖4：交流模型使用跟電容模型相關(guān)的總阻抗Rac。

根據(jù)此圖，有可能表達(dá)出控制電壓被調(diào)制時(shí)的小信號(hào)輸出電壓電平：

我們需要根據(jù)這個(gè)等式推導(dǎo)出占空比(D)的等式及控制電壓Vc。在存在補(bǔ)償斜坡的情況下，控制電壓不再是固定的直流電壓，而是斜率會(huì)影響最終峰值電流設(shè)定點(diǎn)的斜坡電壓。圖5顯示了最終波形。到達(dá)峰值電流值的時(shí)間比不存在斜坡的情況下更快，就好像我們會(huì)人為增加電流控制感測電阻Ri一樣。它有降低電流控制環(huán)路增益及降低連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)下兩個(gè)極點(diǎn)的作用。當(dāng)轉(zhuǎn)換器過渡到DCM時(shí)，仍然存在斜坡，必須予以顧及。

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