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TI專家分享:具電流控制模式的LED降壓穩(wěn)壓器簡(jiǎn)化補(bǔ)償操作

發(fā)布時(shí)間:2015-05-13 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】占絕大部分的也許就是峰值電流模式控制器,但是應(yīng)該如何補(bǔ)償控制回路,在調(diào)節(jié)電流而不是調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)確保穩(wěn)定性呢?

作者:John Betten 
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器通常被用來調(diào)節(jié)LED中的電流,經(jīng)常在汽車、醫(yī)療、工業(yè)、甚至個(gè)人電子設(shè)備等應(yīng)用中使用。大多數(shù)控制器調(diào)節(jié)輸出時(shí)所用到的控制機(jī)制大體上可分為恒定接通時(shí)間、電壓模式或峰值電流模式。占絕大部分的也許就是峰值電流模式控制器,但是應(yīng)該如何補(bǔ)償控制回路,在調(diào)節(jié)電流而不是調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)確保穩(wěn)定性呢?
 
在峰值電流模式控制中,控制信號(hào)(或者COMP信號(hào))通過一個(gè)內(nèi)部控制回路來控制電感器中的峰值電流,從而簡(jiǎn)化輸出電壓反饋回路。但是,如果為了保持恒定亮度調(diào)節(jié)LED中的電流,而不是輸出電壓,情況會(huì)怎么樣呢?眾所周知,實(shí)際上在補(bǔ)償電源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性時(shí),電流模式控制 (CMC) 能夠消除電感器本身的頻率響應(yīng)效應(yīng)。而將輸出電流用作反饋信號(hào)甚至?xí)?ldquo;關(guān)閉回路”更加簡(jiǎn)單。
 
圖1顯示的是一個(gè)通過高側(cè)感測(cè)電阻器R3直接驅(qū)動(dòng)LED中電流的降壓轉(zhuǎn)換器,TPS54218,同步降壓控制器。這個(gè)電流感測(cè)電壓被電流感測(cè)監(jiān)視器,INA193,放大20倍,這樣可顯著地降低R3中的功率耗散并提升效率。分流監(jiān)視器的電流反饋信號(hào)輸出給電阻分壓器 (R6/R8),這形成了到VSENSE的完整反饋路徑。
 
  
圖1:配置為調(diào)節(jié)LED中恒定電流的同步降壓轉(zhuǎn)換器
 
運(yùn)算放大器 (op amp) 可使用控制信號(hào) (VCNTL) 調(diào)整LED電流。就其本身而言,控制器持續(xù)調(diào)節(jié)占空比和輸出電流,以便在VSENSE引腳上保持0.8V的電壓。如果運(yùn)算放大器輸出電壓上升,它也會(huì)升高VSENSE上的電壓,所以控制器向下調(diào)節(jié)LED電流,以防止VSENSE上升。
 
圖2是仿真控制回路的圖1的簡(jiǎn)單SPICE模型。VC1是COMP引腳上的電壓,直接驅(qū)動(dòng)跨導(dǎo)增益為13的功率級(jí)(控制器更多的內(nèi)部細(xì)節(jié)請(qǐng)參見TPS54218數(shù)據(jù)表內(nèi)的圖31)。這個(gè)電流通過電感器和感測(cè)電阻器來直接驅(qū)動(dòng)LED。需要注意的是,電感值和LED值的變化不會(huì)對(duì)響應(yīng)產(chǎn)生影響,這是因?yàn)殡姼衅髦械碾娏魇艿搅丝刂啤?/div>
 
  
圖2:經(jīng)簡(jiǎn)化的控制回路AC模型,以測(cè)量增益和相位裕量
 
分流監(jiān)視器傳遞函數(shù)只是一個(gè)值為20的電壓到電壓增益,有一個(gè)接近500kHz的高頻極點(diǎn)(和緩沖器)。這個(gè)輸出提供給R6/R8分壓器,由于輸出是直流電壓,所以分壓器在運(yùn)算放大器U3輸出上接地。完成此反饋回路的最后一個(gè)部分是降壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部跨導(dǎo)放大器,它具有一個(gè)225uA/V的電壓對(duì)電流增益。
 
外部補(bǔ)償組件C6從這個(gè)點(diǎn) (V_COMP) 上接地。需要注意的是,V_COMP也是我們回路仿真的起始點(diǎn) (VC1)。回路增益是V_COMP引腳上測(cè)得的電壓除以VC1上的注入擾動(dòng)。所以,通過將VC1設(shè)定為1 Vac信號(hào),回路增益最終就是V_COMP上測(cè)得的電壓。
 
圖3顯示了VSENSE和V_COMP節(jié)點(diǎn)上測(cè)得的響應(yīng)。V_COMP代表回路增益和相位裕量,而VSENSE是功率級(jí),這就是除補(bǔ)償運(yùn)算放大器之外的整個(gè)回路。在這里最值得注意的一點(diǎn)是,VSENSE,最遠(yuǎn)到COMP電容器C6之前的響應(yīng),都是平坦的。由于采用電流模式控制,功率級(jí)的響應(yīng)是平坦的,并且只有分流監(jiān)視器響應(yīng)在較高頻率時(shí)開始輕微降低相位。
 
  
圖3:仿真結(jié)果顯示出非常平穩(wěn)的響應(yīng),此時(shí)整個(gè)回路主要由C6設(shè)定
 
轉(zhuǎn)換器回路增益和帶寬的調(diào)節(jié)由C6單獨(dú)設(shè)定。較小的C6值會(huì)由于其較高的阻抗而增加增益,而較大的值會(huì)減小增益。應(yīng)該將增益值設(shè)置得足夠低,以確保較好的穩(wěn)定性,要避免將增益值推得過高。還有一些未包含在此模型中的其它二階效應(yīng),諸如斜坡補(bǔ)償,會(huì)在較高頻率時(shí)影響到增益和相位。
 
另外,這個(gè)模型提供了一個(gè)出色的一階逼近法,并且深入觀察了電流模式同步降壓LED穩(wěn)壓器的回路增益。
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