基于驅動LED串的DCM升壓轉換器的詳細理論分析

固定頻率升壓轉換器非常適合于以恒流模式驅動LED串。這種轉換器采用不連續導電模式(DCM)工作，能夠有效地用于快速調光操作，提供比采用連續導電模式(CCM)工作的競爭器件更優異的瞬態響應。當LED導通時，DCM工作能夠提供快速的瞬態性能，為輸出電容重新充電，因而將LED的模擬調光降至最低。為了恰當地穩定DCM升壓轉換器，存在著小信號模型。然而，驅動LED的升壓轉換器的交流分析，跟使用標準電阻型負載的升壓轉換器的交流分析不同。由于串聯二極管要求直流和交流負載條件，在推導最終的傳遞函數時必須非常審慎。

本文(即第1部分)不會使用不連續導電模式(DCM)升壓轉換器的傳統小信號模型，而將使用基于所研究轉換器之輸出電流表達式的簡化方法。在第2部分(實際考慮)，我們將深入研究應用方案，驗證測量精度，并與理論推導進行比較。

為LED串供電的升壓轉換器

圖1顯示了驅動LED串的恒定頻率峰值電流工作模式升壓轉換器的簡化電路圖。輸出電流被感測電阻Rsense持續監測。相應的輸出電壓施加在控制電路上，持續調節電源開關的導通時間，以提供恒定的LED電流Iout。這就是受控的輸出變量。

圖1驅動LED串以發光的升壓轉換器。

輸出電流被穩流至設定點值。發光時， LED串會在LED連接的兩端產生電壓。這電壓取決于跟各個LED技術相關的閾值電壓VT0及其動態阻抗rd。因此，LED串兩端的總壓降就是各LED閾值電壓之和VZ，而而動態阻抗rLEDs表示的是LED串聯動態阻抗之和。圖2顯示的是采用的等效電路。您可以自己來對LED串壓降及其總動態阻抗進行特征描述。為了測量起見，將LED串電流偏置至其額定電流IF1。一旦LED達到熱穩定，就測量LED串兩端的總壓降Vf1。將電流改變為稍低值IF2并測量新的壓降VF2。根據這些值，您可計算出總動態阻抗，即：

“齊納”電壓約等于LED串電壓VF1減去rLEDs與測量點電流之積：

我們假定以100 mA電流來偏置我們的LED串。測量出的總壓降為27.5 V。我們將電流減小至80 mA，新得到的壓降值就是26.4 V。總動態阻抗的計算很簡單：

根據等式，我們可以簡單地計算出齊納電壓：

圖2 LED連接

LED采用串聯連接，故需對它們的閾值電壓進行累加;而總動態阻抗是串聯連接的各個LED動態阻抗之和。

回頭再看圖1。LED串與感測電阻Rsense串聯。總交流(ac)阻抗因此就是兩者之和：

圖3是大幅簡化的等效直流(dc)電路圖。直流輸出電壓Vout等于輸出電流Iout與電阻Rac之積再加齊納電壓：

在交流條件下，由于齊納電壓恒定，故上述等式可簡化為：

圖3：這直流簡化電路圖顯示了等效齊納二極管及其動態阻抗。

簡化模型

電流源實際上指的是從輸入電源獲得并無損耗地傳輸到輸出的電流。電流源可以被控制電壓Vc向上或向下調節，而Vc逐周期設定電感峰值電流。控制器通過升壓轉換器開關電流感測電阻Ri來觀測電感峰值電流，并以此工作。當Ri兩端電壓與控制電壓匹配時，電源開關就被指示關閉。