基于驅(qū)動(dòng)LED串的DCM升壓轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)理論分析

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(jìng)爭(zhēng)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(jiǎn)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(cè)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(jiǎn)化電路圖。輸出電流被感測(cè)電阻Rsense持續(xù)監(jiān)測(cè)。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(kāi)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(lái)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(cè)量起見(jiàn)，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(cè)量LED串兩端的總壓降Vf1。將電流改變?yōu)樯缘椭礗F2并測(cè)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：

“齊納”電壓約等于LED串電壓VF1減去rLEDs與測(cè)量點(diǎn)電流之積：

我們假定以100 mA電流來(lái)偏置我們的LED串。測(cè)量出的總壓降為27.5 V。我們將電流減小至80 mA，新得到的壓降值就是26.4 V。總動(dòng)態(tài)阻抗的計(jì)算很簡(jiǎn)單：

根據(jù)等式，我們可以簡(jiǎn)單地計(jì)算出齊納電壓：

圖2 LED連接

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(cè)電阻Rsense串聯(lián)?？偨涣?ac)阻抗因此就是兩者之和：

圖3是大幅簡(jiǎn)化的等效直流(dc)電路圖。直流輸出電壓Vout等于輸出電流Iout與電阻Rac之積再加齊納電壓：

在交流條件下，由于齊納電壓恒定，故上述等式可簡(jiǎn)化為：

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

簡(jiǎn)化模型

電流源實(shí)際上指的是從輸入電源獲得并無(wú)損耗地傳輸?shù)捷敵龅碾娏鳌ｋ娏髟纯梢员豢刂齐妷篤c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^(guò)升壓轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)電流感測(cè)電阻Ri來(lái)觀測(cè)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(kāi)關(guān)就被指示關(guān)閉。