玩轉(zhuǎn)升壓調(diào)節(jié)器——預(yù)測(cè)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(méi)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(jiǎn)化模型，同時(shí)給出為了預(yù)測(cè)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(kāi)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(jiàn)，它們的控制開(kāi)關(guān)發(fā)射極/源極與系統(tǒng)地相連。所有常見(jiàn)的可用低端控制器實(shí)現(xiàn)的開(kāi)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(guò)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(jiǎn)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(cè)：

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(lái)說(shuō)，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(kāi)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(jiǎn)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(guò)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(lái)說(shuō)，DC增益可通過(guò)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(cè)并測(cè)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(méi)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(jiǎn)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(lái)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(cè)、仔細(xì)設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確測(cè)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。