高亮度白光LED驅(qū)動典型方案
圖3 補償前后系統(tǒng)開環(huán)頻率響應(yīng)
其中z2用來補償極點p1,坐標原點的極點可以提高低頻的環(huán)路增益以較小直流穩(wěn)態(tài)誤差,p3抵消z1帶來的幅度增加,抑制接近開頻頻率的噪聲,最終的穿越頻率fc設(shè)定在開關(guān)頻率的1/10左右。最簡單的補償方法也可以采用單極點的補償網(wǎng)絡(luò),為保證相位裕度就會帶來缺點即環(huán)路的帶寬會更小,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)變慢。對于實際應(yīng)用的升壓型的LED驅(qū)動電路進行建模并在MATLAB中仿真結(jié)果(如圖4所示),從仿真的結(jié)果看,環(huán)路在這種斜坡電流和補償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計下在穿越頻率附近的相位裕度大于45°,系統(tǒng)是穩(wěn)定的,與公式推算的結(jié)果基本相符。
圖4 MATLAB仿真結(jié)果
3 LED調(diào)光模式的設(shè)計
許多便攜式LED的應(yīng)用中都需要有調(diào)光的功能。例如LCD的背光應(yīng)用中,調(diào)光可以改變亮度和對比度?,F(xiàn)今有兩種比較常用的調(diào)光方式:模擬調(diào)光和PWM調(diào)光。模擬調(diào)光通過反饋環(huán)路直接改變LED的電流實現(xiàn)發(fā)光亮度的調(diào)節(jié),缺點是會帶來色彩漂移和發(fā)光效率的下降;PWM調(diào)光(PWM Dimming)通過保持流過LED的最大電流減小導(dǎo)通占空比來實現(xiàn),如果要實現(xiàn)50%的亮度就要LED電流采用50%的占空比。需要注意的是PWM調(diào)光信號的頻率必須大于100Hz,以使人眼不會被發(fā)現(xiàn)燈的閃爍,而最大的PWM調(diào)光頻率由電源的啟動時間或者響應(yīng)時間決定。在升壓型LED驅(qū)動電路中增加了一個功率管串聯(lián)在LED支路上,所以對于控制器而言需要增加額外的驅(qū)動電路,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度,但換來的是真色彩的調(diào)光效果,所以現(xiàn)有的LED驅(qū)動產(chǎn)品中廣泛加入了PWM調(diào)光功能。典型的調(diào)光范圍可以由調(diào)光比(Dimming Ratio)來衡量,即調(diào)光PWM的周期與導(dǎo)通時間的比例,數(shù)值越大說明調(diào)光的能力越強。
圖5給出芯片在升壓型的應(yīng)用中PWM調(diào)光的控制圖。從圖中可以看出,外部的PWM信號控制與LED負載串聯(lián)的開關(guān)。利用運放的外接補償電容CEAOUT,當PWM信號為低電平時斷開運放輸出端與補償電容的通路,維持電容上的電壓直到下個PWM周期。利用這種控制方法,當開關(guān)頻率在700kHz,PWM頻率100Hz的情況下,最大的調(diào)光比可以達到3000 ∶ 1.
圖5 PWM調(diào)光控制圖
4 無采樣電阻模式的設(shè)計
利用功率MOSFET的導(dǎo)通電阻Rds(on)作為采樣電阻的方法可以省去峰值電流采樣電阻Rs2,減少了不必要的功率損耗提高了整體的效率,同時減少了外圍的元器件和系統(tǒng)所占的空間,這種方式稱之為無采樣電阻模式。這種模式也存在一些問題:(1)當MOSFET關(guān)斷時,漏端的電壓可能會迅速升高,這就對電流峰值比較器提出了更高的抗高共模電壓的要求;(2)功率管的導(dǎo)通電阻會隨著電流和溫度的變化發(fā)生改變,會對設(shè)定的峰值電流閾值產(chǎn)生影響。對于一些特定的場合,第二個問題引入的誤差在可以允許的范圍內(nèi)時,這種模式還是有很好的應(yīng)用前景,對于高共模輸入最好最簡單的方法就是在關(guān)斷的同時切斷輸入的途徑,通過合理的開關(guān)切換和延時電路來實現(xiàn)。
無采樣模式的系統(tǒng)圖見圖6。采樣端通
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