驅(qū)動LED串的DCM升壓轉(zhuǎn)換器簡化分析-（實(shí)際考慮）

　　本文的第1部分專門對驅(qū)動LED串的升壓轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了理論分析。激發(fā)這項(xiàng)研究的是穩(wěn)定汽車應(yīng)用背光驅(qū)動器環(huán)路的需求。由于應(yīng)用了脈寬調(diào)制(PWM)進(jìn)行調(diào)光控制，環(huán)路控制就是一項(xiàng)會影響最終性能的重要設(shè)計(jì)考慮因素。第2部分介紹應(yīng)用的方案，并將對比驗(yàn)證測量的頻率響應(yīng)與理論推導(dǎo)數(shù)值。

　　LED調(diào)光控制系統(tǒng)電路圖

　　高亮度白光LED的模擬調(diào)光會產(chǎn)生色偏。PWM數(shù)字調(diào)光控制是預(yù)防色偏的首選調(diào)光方法，因?yàn)榘l(fā)光強(qiáng)度將是平均流明強(qiáng)度。PWM導(dǎo)通周期期間的LED電流幅值與調(diào)光比為獨(dú)立互不影響。

　　圖1代表的是汽車應(yīng)用LED調(diào)光控制系統(tǒng)，其在關(guān)閉模式下靜態(tài)電流消耗低于10 µA。它采用安森美半導(dǎo)體的NCV887300^[1] 1 MHz非同步升壓控制器，此器件以恒定頻率不連續(xù)峰值電流模式工作。負(fù)載包含一串共10顆的串聯(lián)Nichia NSSW157-AT^[2]白光高亮度LED。相應(yīng)的電路板如圖2所示。

　　為了方便分析，下面列出了NCV887300控制器的關(guān)鍵參數(shù)：

　　- VIN = 13.2 V時(shí)，靜態(tài)電流 (Iq) < 6 µA (-40 °C < TJ < 125 °C) 。
　　- EN/SYNC引腳：能夠連接至外部TTL指令。引腳有雙重功能，還支持振蕩器同步至外部時(shí)鐘
　　- ISNS：升壓晶體管電流感測限流閾值電壓為400 mV;內(nèi)部斜坡補(bǔ)償為130 mV/µs。
　　- VC：內(nèi)部運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)補(bǔ)償引腳。在封裝引腳與放大器輸出之間有一顆裸片級的542 W ESD中聯(lián)保護(hù)電阻。典型跨導(dǎo)gm為1.2 mS。OTA提供100 µA汲電流/源電流能力。
　　- VFB：LED 電流感測電阻R29根據(jù)約200 mV的內(nèi)部參考電壓來調(diào)節(jié)。

　　圖1所示LED PWM調(diào)光控制電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)及工作原理如下文所示。

　　設(shè)計(jì)目標(biāo)

　　在6至18 V輸入電壓工作范圍下，此電路在200 Hz PWM調(diào)光頻率時(shí)能支持1000:1的PWM調(diào)光比，使得計(jì)算出的最小脈沖寬度為5 µs。工作頻率為1 MHz的NCV887300能產(chǎn)生最少5個(gè)升壓晶體管門脈沖，以維持提供給LED電流的輸出電容電荷。需要不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來維持穩(wěn)壓，因?yàn)樵诿總€(gè)門脈沖過后升壓電感能量全部被釋放。連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會導(dǎo)致穩(wěn)壓性能較差，且?guī)聿缓弦蟮哪M調(diào)光，因?yàn)樯龎弘姼械哪芰吭鰪?qiáng)慣性要求數(shù)個(gè)工作周期。

　　輸出漏電流損耗必須減至最低，以幫助維持深度調(diào)光工作期間的輸出電容電荷。漏電流導(dǎo)致LED PWM關(guān)閉時(shí)間期間出現(xiàn)一些輸出電壓放電，反過來產(chǎn)生一些模擬調(diào)光，使PWM恢復(fù)導(dǎo)通時(shí)間時(shí)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)顯著誤差。
　　- 肖特基整流器遭受跟溫度相關(guān)的大漏電流影響。為了將升壓整流器漏電流減至最小，電路中選擇了超快技術(shù)的升壓整流器。
　　- 陶瓷電容的漏電流比電解電容低得多，是首選的輸出升壓電容。
　　- 輸出過壓監(jiān)測電路電流消耗必須保持在最低值。利用接地之電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測電路是不適合的。此電路中選擇了齊納激發(fā)的過壓檢測電路，因?yàn)辇R納拐點(diǎn)(knee)電壓比電池電壓高得多，而漏電流極低。

　　電路工作信息

　　Q₁₈阻斷數(shù)字電流，用于PWM數(shù)字調(diào)光控制。當(dāng)PWM指令為有源低電平時(shí)，D₃₄將IC的VFB反饋控制電壓鉗位至低于控制器穩(wěn)壓點(diǎn)的值，并阻斷升壓IC GDRV FET門驅(qū)動信號。Q₁₅用作補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)采樣/維持功能，用于深度調(diào)光應(yīng)用。通用在PWM調(diào)光期間斷開補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接，反饋補(bǔ)償電容電荷(C₃₁及C₃₂)被維持，而當(dāng)PWM指令變?yōu)橛性锤唠娖綍r(shí)快速動態(tài)控制就恢復(fù)。

　　Q₁₄與R₄₈/R₄₉/R₅₁/R₅₂一起用于1.8 V邏輯PWM調(diào)光信號的電平轉(zhuǎn)換，U₇緩沖PWM信號以驅(qū)動雙向開關(guān)Q₁₅。