驅動LED串的DCM升壓轉換器簡化分析第2部分：實際考慮

本文的第1部分專門對驅動LED串的升壓轉換器進行了理論分析。激發這項研究的是穩定汽車應用背光驅動器環路的需求。由于應用了脈寬調制(PWM)進行調光控制，環路控制就是一項會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的模擬調光會產生色偏。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代表的是汽車應用LED調光控制系統，其在關閉模式下靜態電流消耗低于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控制器的關鍵參數：

- VIN = 13.2 V時，靜態電流 (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能產生最少5個升壓晶體管門脈沖，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)升壓拓撲結構來維持穩壓，因為在每個門脈沖過后升壓電感能量全部被釋放。連續導電模式(CCM)拓撲結構會導致穩壓性能較差，且帶來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關閉時間期間出現一些輸出電壓放電，反過來產生一些模擬調光，使PWM恢復導通時間時補償網絡出現顯著誤差。

- 肖特基整流器遭受跟溫度相關的大漏電流影響。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絡的監測電路是不適合的。此電路中選擇了齊納激發的過壓檢測電路，因為齊納拐點(knee)電壓比電池電壓高得多，而漏電流極低。