LED恒流驅動(dòng)模式對比分析

市場(chǎng)上可以買(mǎi)到的微功率 電源 芯片有以下幾種控制模式：

　　PFM、PWM 、chargepump、FPWM、PFM/PWM以及pulse-skipPWM、digitalPWM

　　其中常見(jiàn)的有PFM、PWM、chargepump以及PFM/PWM

　　1、PFM是通過(guò)調節脈沖頻率(即開(kāi)關(guān) 管的工作頻率)的方法實(shí)現穩壓輸出的技術(shù)。它的脈沖寬度固定而內部震蕩頻率是變化的,所以濾波較PWM困難。但是PFM受限于輸出功率,只能提供較小的電流。因而在輸出功率要求低,靜態(tài)功耗較低場(chǎng)合可采用PFM方式控制。

　　2、PWM的原理就是在輸入電壓、內部參數及外接負載變化的情況下,控制電路通過(guò)被控制信號與基準信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋,調節集成電路 內部開(kāi)關(guān)器件的導通脈沖寬度,使得輸出電壓或電流等被控制信號穩定。PWM的開(kāi)關(guān)頻率一般為恒定值,所以比較容易濾波。但是PWM由于誤差放大器的影響,回路增益及響應速度受到限制,尤其是回路增益低,很難用于LED 恒流驅動(dòng) ,盡管目前很多產(chǎn)品都應用這種方案,但普遍存在恒流問(wèn)題。在要求輸出功率較大而輸出噪聲較低的場(chǎng)合可采用PWM方式控制。

　　3、chargepump電荷泵解決方案是利用分立電容將電源從輸入端送至輸出端,整個(gè)過(guò)程不需要使用任何電感 。chargepump主要缺點(diǎn)是只能提供有限的電壓輸出范圍(輸出一般不會(huì )超過(guò)2倍輸入電壓),原因是當多級chargepump級聯(lián)時(shí),其效率下降很明顯。用chargepump驅動(dòng)一個(gè)以上的白光LED 時(shí),必須采用并聯(lián)驅動(dòng)的方式,因而只適用于輸入輸出電壓相差不大的應用。

　　4、采用DigitalPWM(數字脈寬調制)通過(guò)對獨立數字控制環(huán)路和相位的數字化管理,實(shí)現對DC/DC負載點(diǎn)電源轉換進(jìn)行監測、控制與管理,以提供穩定的電源,減少傳統供電模組的電壓波幅造成系統的不穩定,而且DigitalPWM并不需要采用傳統較高量的液態(tài)電容用作儲波及濾波作用。DigitalPWM數字控制技術(shù),能夠使得MOSFET管運行在更高的頻率下,有效的緩解了電容所受到的壓力。digitalPWM適用于大電流密度,其響應速度很快,但回路增益仍受到限制,目前成本相對較高。因此其在LED恒流驅動(dòng)上的應用仍需進(jìn)一步研究。

　　5、FPWM(強制的脈寬調制)是一種恒流輸出為基礎的控制方式,它的工作原理是無(wú)論輸出負載如何變化總是以一種固定頻率工作,高側FET在一個(gè)時(shí)鐘 周期打開(kāi),使電流流過(guò)電感,電感電流上升產(chǎn)生通過(guò)感抗的電壓降,這個(gè)壓降通過(guò)電流感應放大器放大,來(lái)自電流感應放大器的電壓被加到PWM比較器輸入端,和誤差放大器的控制端作比較,一旦電流感應信號達到這個(gè)控制電壓,PWM比較器就會(huì )重新啟動(dòng)關(guān)閉高側FET開(kāi)關(guān)的邏輯驅動(dòng)電路,低側的FET會(huì )在延遲一段時(shí)間后打開(kāi)。在輕負載下工作時(shí),為了維持固定頻率,電感電流必須按照反方向流過(guò)低側的FET。FPWM技術(shù)驅動(dòng)芯片目前只見(jiàn)到MAXIM和NationalSemi conductor的芯片使用。

　　如上PFM、PWM是采用恒壓驅動(dòng)方式控制LED,而FPWM和PFM/PWM是恒流驅動(dòng)方式控制技術(shù),實(shí)踐證明較適合LED驅動(dòng) 。
本公司近期推出的IV0101/IV0102升壓轉換器芯片。它的控制模式是在PFM基礎上改進(jìn)的PFM/PWM控制技術(shù),是PFM與PWM有機結合的控制方式(不是PFM與PWM的切換),是以輸入電壓確定N開(kāi)關(guān)管開(kāi)啟時(shí)間,輸出電壓與輸入電壓差確定同步管開(kāi)啟時(shí)間,而不像PWM采用誤差放大器反饋輸出的方式調節脈寬。在有一定負載情況下,開(kāi)關(guān)頻率取決于N管開(kāi)啟時(shí)間tN和P管開(kāi)啟時(shí)間tP。

　　其中tPㄒKP/(Vout-Vin);tNㄑKN/Vin

　　在輕負載時(shí),充電周期持續在最大值tN。當電感電流為零,同步整流管開(kāi)啟時(shí),芯片工作在分立式模式(DCM)下。當負載增加時(shí),由于大負載原因,輸出很快降至設定點(diǎn)。如果負載電流增加,芯片工作在連續模式(CCM)下,即總有電流流過(guò)電感,只要電感電流峰值沒(méi)有達到最大,那N管開(kāi)啟時(shí)間tN始終保持在設定點(diǎn)。當充電結束開(kāi)始放電周期時(shí),開(kāi)關(guān)管電流將達到最大。但是,滿(mǎn)負載仍未達到,因為在最小放電時(shí)間結束后,輸出仍然可調。當放電時(shí)間到最小值tP時(shí),將達到滿(mǎn)負載。所以本控制模式就是通過(guò)不斷地調整N管開(kāi)啟時(shí)間tN和P管開(kāi)啟時(shí)間tP來(lái)調整開(kāi)關(guān)頻率從而保證恒流輸出的。在PWM控制方式下,為了避免寄生電感造成的系統震蕩故障,一般都要接輸入電容Cin,本芯片在電源接入端沒(méi)有接輸入電容,因而省卻了PCB 板電容位置,減小了板面積,并且避免了在PWM循環(huán)時(shí),由電容產(chǎn)生的突波脈沖現象,防止了系統效能下滑,因為它是PFM與PWM有機結合的控制方式,因而它具有PFM較快的響應速度和很高的回路增益及PWM大電流輸出特性,可與PWM調光相配合,成為理想的中小功率LED恒流驅動(dòng)芯片。