降壓-增壓恒流LED驅(qū)動方案設(shè)計(jì)

VIN是直流輸入電壓

VLED是LED支路的總直流電壓

輸入電流部分的總開環(huán)增益為(6)式和(3)式的乘積，將乘積設(shè)為1，計(jì)算環(huán)路的交越頻率為：

(7)

將式(5)中的Rc最大值帶入式(7)，交越頻率最大值fcmax為

(8)

電流環(huán)路設(shè)計(jì)完成后，可以設(shè)計(jì)外部電壓回路。

設(shè)計(jì)范例

以下提供了一個(gè)典型設(shè)計(jì)范例，3條LED串聯(lián)支路，輸入電壓范圍為7V~28V，開關(guān)頻率為600KHz，電感為5.1uH。該例所需最大輸出電流為1.2A，LED數(shù)為1到4只，LED支路的最大壓降為18V，總輸出功率為Pmax = 21.6 W。假定效率為90％，我們可以計(jì)算出最大輸入電流為3.428A。如果設(shè)定檢流電阻為0.007Ω，Rc最大值可以由式(5)求得：

我們可選擇小于Rcmax的Rc，Rc=2kΩ。對于18V的輸出，由式(8)求出

。需設(shè)定零點(diǎn)頻率fz低于fcmax，本例中，我們選擇Cc為2200pf。所以，零點(diǎn)頻率為

；

極點(diǎn)頻率需高于2倍開關(guān)頻率，這里我們選擇Cp為4 pf，得到fp為1.693 MHz。

LED可以建模為一個(gè)電壓源串聯(lián)一個(gè)電阻，在該模型中，每個(gè)LED等效為3.15V電壓源串聯(lián)一個(gè)0.6Ω的電阻。如果我們將3只LED串聯(lián)，那么，總的電壓源電壓為9.45V，總阻抗為1.8Ω。如果輸入為9V，3只LED串聯(lián)，則交越頻率為

。

圖4a是PSIM仿真電路，圖4b為仿真結(jié)果。

圖4a：buck-booST LED驅(qū)動器內(nèi)部平均電流模式環(huán)路的仿真電路。

圖4b：圖5a的仿真結(jié)果

LED電流檢測

高邊LED電流檢測使用電流檢測放大器檢測LED電流，把電流信號轉(zhuǎn)換成以地為參考的電壓。MAX4073可以完成這項(xiàng)工作。電路中，內(nèi)部電流環(huán)路的總開環(huán)增益可通過加入一個(gè)交流掃描電源(圖4a)測量。仿真得到電流環(huán)路的交越頻率為85.5kHz，與計(jì)算值82.445kHz(圖4b)很接近。

如果在Vout引腳和GND之間沒有任何電阻，MAX4073T的實(shí)際電壓增益 為20。該增益可以通過Vout引腳和GND之間的外部電阻調(diào)節(jié)。高邊電流放大器的帶寬為1.8MHz。II類補(bǔ)償就足以補(bǔ)償電壓環(huán)路，并在整個(gè)工作范圍內(nèi)保持LED驅(qū)動的穩(wěn)定性。也可以用一臺網(wǎng)絡(luò)分析儀優(yōu)化電壓環(huán)路的II類補(bǔ)償，其交越頻率應(yīng)遠(yuǎn)低于平均電流模式控制環(huán)路的交越頻率。

PWM調(diào)光控制

LED亮度可以通過PWM信號控制，這種方法通過調(diào)整驅(qū)動器的導(dǎo)通時(shí)間控制LED的輸出電流。模擬調(diào)光改變的是LED驅(qū)動器的模擬輸出電流，會導(dǎo)致色彩失真。所以，PWM調(diào)光是調(diào)節(jié)LED亮度的理想方式。采用PWM調(diào)光方式時(shí)，LED驅(qū)動器的導(dǎo)通時(shí)間可調(diào)，其占空比近似等效于顯示器亮度，即100％占空比對應(yīng)最大亮度。也可以利用PWM調(diào)光方案從零到滿負(fù)荷調(diào)節(jié)LED電流，但由于控制環(huán)路速度太慢，無法實(shí)現(xiàn)較寬的亮度調(diào)節(jié)范圍。對電路進(jìn)行改進(jìn)，可以獲得快速響應(yīng)，利用MAX16818就可以實(shí)現(xiàn)這樣的PWM調(diào)光控制環(huán)路。

當(dāng)PWM調(diào)光信號變低時(shí)，通過斷開與LED串聯(lián)的開關(guān)迅速降低LED電流到零。同時(shí)，用于驅(qū)動開關(guān)MOSFET的柵極驅(qū)動器通過短接MAX16818的CLP引腳被關(guān)閉，通過導(dǎo)通Q1完成該操作。同時(shí)，與外部電壓環(huán)路中補(bǔ)償器件串聯(lián)的開關(guān)(Q3)開路，從而保持外部電壓環(huán)路補(bǔ)償電容的電壓。將CLP引腳短路到地可以立即將輸入電流降至零。因?yàn)槠骄娏骺刂颇Ｊ接泻芨叩慕辉筋l率：

所以，不需要將一個(gè)開關(guān)與內(nèi)部環(huán)路電流的補(bǔ)償電容串聯(lián)。一旦PWM調(diào)光信號變高，CLP引腳的開關(guān)斷開，而與外部電壓補(bǔ)償電路串聯(lián)的開關(guān)導(dǎo)通，打開LED串聯(lián)開關(guān)允許LED電流流過。通過這種方式，控制環(huán)路可以恢復(fù)到斷開LED電流通路前的狀態(tài)，快速恢復(fù)LED電流，而且電流過沖非常小。LED驅(qū)動器的完整原理圖如圖5所示。