降壓-增壓恒流LED驅動(dòng)方案設計

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(kāi)環(huán)增益為(6)式和(3)式的乘積，將乘積設為1，計算環(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)路設計完成后，可以設計外部電壓回路。

設計范例

以下提供了一個(gè)典型設計范例，3條LED串聯(lián)支路，輸入電壓范圍為7V~28V，開(kāi)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％，我們可以計算出最大輸入電流為3.428A。如果設定檢流電阻為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(kāi)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為仿真結果。

圖4a：buck-booST LED驅動(dòng)器內部平均電流模式環(huán)路的仿真電路。

圖4b：圖5a的仿真結果

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，把電流信號轉換成以地為參考的電壓。MAX4073可以完成這項工作。電路中，內部電流環(huán)路的總開(kāi)環(huán)增益可通過(guò)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，與計算值82.445kHz(圖4b)很接近。

如果在Vout引腳和GND之間沒(méi)有任何電阻，MAX4073T的實(shí)際電壓增益 為20。該增益可以通過(guò)Vout引腳和GND之間的外部電阻調節。高邊電流放大器的帶寬為1.8MHz。II類(lèi)補償就足以補償電壓環(huán)路，并在整個(gè)工作范圍內保持LED驅動(dòng)的穩定性。也可以用一臺網(wǎng)絡(luò )分析儀優(yōu)化電壓環(huán)路的II類(lèi)補償，其交越頻率應遠低于平均電流模式控制環(huán)路的交越頻率。

PWM調光控制

LED亮度可以通過(guò)PWM信號控制，這種方法通過(guò)調整驅動(dòng)器的導通時(shí)間控制LED的輸出電流。模擬調光改變的是LED驅動(dòng)器的模擬輸出電流，會(huì )導致色彩失真。所以，PWM調光是調節LED亮度的理想方式。采用PWM調光方式時(shí)，LED驅動(dòng)器的導通時(shí)間可調，其占空比近似等效于顯示器亮度，即100％占空比對應最大亮度。也可以利用PWM調光方案從零到滿(mǎn)負荷調節LED電流，但由于控制環(huán)路速度太慢，無(wú)法實(shí)現較寬的亮度調節范圍。對電路進(jìn)行改進(jìn)，可以獲得快速響應，利用MAX16818就可以實(shí)現這樣的PWM調光控制環(huán)路。

當PWM調光信號變低時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)與LED串聯(lián)的開(kāi)關(guān)迅速降低LED電流到零。同時(shí)，用于驅動(dòng)開(kāi)關(guān)MOSFET的柵極驅動(dòng)器通過(guò)短接MAX16818的CLP引腳被關(guān)閉，通過(guò)導通Q1完成該操作。同時(shí)，與外部電壓環(huán)路中補償器件串聯(lián)的開(kāi)關(guān)(Q3)開(kāi)路，從而保持外部電壓環(huán)路補償電容的電壓。將CLP引腳短路到地可以立即將輸入電流降至零。因為平均電流控制模式有很高的交越頻率：

所以，不需要將一個(gè)開(kāi)關(guān)與內部環(huán)路電流的補償電容串聯(lián)。一旦PWM調光信號變高，CLP引腳的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，而與外部電壓補償電路串聯(lián)的開(kāi)關(guān)導通，打開(kāi)LED串聯(lián)開(kāi)關(guān)允許LED電流流過(guò)。通過(guò)這種方式，控制環(huán)路可以恢復到斷開(kāi)LED電流通路前的狀態(tài)，快速恢復LED電流，而且電流過(guò)沖非常小。LED驅動(dòng)器的完整原理圖如圖5所示。