驅動(dòng)LED串的DCM升壓轉換器簡(jiǎn)化分析第2部分：實(shí)際考慮

本文的第1部分專(zhuān)門(mén)對驅動(dòng)LED串的升壓轉換器進(jìn)行了理論分析。激發(fā)這項研究的是穩定汽車(chē)應用背光驅動(dòng)器環(huán)路的需求。由于應用了脈寬調制(PWM)進(jìn)行調光控制，環(huán)路控制就是一項會(huì )影響最終性能的重要設計考慮因素。第2部分介紹應用的方案，并將對比驗證測量的頻率響應與理論推導數值。

LED調光控制系統電路圖

高亮度白光LED的模擬調光會(huì )產(chǎn)生色偏。PWM數字調光控制是預防色偏的首選調光方法，因為發(fā)光強度將是平均流明強度。PWM導通周期期間的LED電流幅值與調光比為獨立互不影響。

圖1代表的是汽車(chē)應用LED調光控制系統，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峰值電流模式工作。負載包含一串共10顆的串聯(lián)Nichia NSSW157-AT[2]白光高亮度LED。相應的電路板如圖2所示。

圖1：應用了NCV887300的LED PWM調光控制電路。

圖2：NCV887300 LED演示電路板。

為了方便分析，下面列出了NCV887300控制器的關(guān)鍵參數：

- 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;內部斜坡補償為130 mV/µs。

- VC：內部運算跨導放大器(OTA)補償引腳。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)保護電阻。典型跨導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根據約200 mV的內部參考電壓來(lái)調節。

圖1所示LED PWM調光控制電路的設計目標及工作原理如下文所示。

設計目標

在6至18 V輸入電壓工作范圍下，此電路在200 Hz PWM調光頻率時(shí)能支持1000:1的PWM調光比，使得計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(mén)脈沖，以維持提供給LED電流的輸出電容電荷。需要不連續導電模式(DCM)升壓拓撲結構來(lái)維持穩壓，因為在每個(gè)門(mén)脈沖過(guò)后升壓電感能量全部被釋放。連續導電模式(CCM)拓撲結構會(huì )導致穩壓性能較差，且帶來(lái)不合要求的模擬調光，因為升壓電感的能量增強慣性要求數個(gè)工作周期。

輸出漏電流損耗必須減至最低，以幫助維持深度調光工作期間的輸出電容電荷。漏電流導致LED PWM關(guān)閉時(shí)間期間出現一些輸出電壓放電，反過(guò)來(lái)產(chǎn)生一些模擬調光，使PWM恢復導通時(shí)間時(shí)補償網(wǎng)絡(luò )出現顯著(zhù)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(guò)壓監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 )的監測電路是不適合的。此電路中選擇了齊納激發(fā)的過(guò)壓檢測電路，因為齊納拐點(diǎn)(knee)電壓比電池電壓高得多，而漏電流極低。