一种LED串的DCM升压转换器的设计方案 转换器, 二极管, 模型

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0 引言
固定频率升压转换器非常适合于以恒流模式驱动LED串。这种转换器采用不连续导电模式(DCM)工作，能够有效地用于快速调光操作，提供比采用连续导电模式(CCM)工作的竞争器件更优异的瞬态响应。当LED导通时，DCM工作能够提供快速的瞬态性能，为输出电容重新充电，因而将LED的模拟调光降至最低。为了恰当地稳定DCM升压转换器，存在着小信号模型。然而，驱动LED的升压转换器的交流分析，跟使用标准电阻型负载的升压转换器的交流分析不同。由于串联二极管要求直流和交流负载条件，在推导最终的传递函数时必须非常审慎。
本方案先将使用基于所研究转换器之输出电流表达式的简化方法。然后将深入研究应用方案，验证测量精度，并与理论推导进行比较，最终验证了本方案的实用性。
第1部分：的驱动LED串的DCM升压转换器的理论
1 驱动LED串以发光的升压转换器
图1显示了驱动LED串的恒定频率峰值电流工作模式升压转换器的简化电路图。输出电流被感测电阻Rsense持续监测。相应的输出电压施加在控制电路上，持续调节电源开关的导通时间，以提供恒定的LED电流Iout.这就是受控的输出变量。


图1:动LED串以发光的升压转换器
发光时， LED串会在LED连接的两端产生电压。这电压取决于跟各个LED技术相关的阈值电压VT0及其动态阻抗rd.因此，LED串两端的总压降就是各LED阈值电压之和VZ,而而动态阻抗rLEDs表示的是LED串联动态阻抗之和。图2显示的是采用的等效电路。您可以自己来对LED串压降及其总动态阻抗进行特征描述。为了测量起见，将LED串电流偏置至其额定电流IF1.一旦LED达到热稳定，就测量LED串两端的总压降Vf1.将电流改变为稍低值IF2并测量新的压降VF2.根据这些值，您可计算出总动态阻抗，即：


“齐纳”电压约等于LED串电压VF1减去rLEDs与测量点电流之积：


图2ED采用串联连接
需对它们的阈值电压进行累加;而总动态阻抗是串联连接的各个LED动态阻抗之和。回头再看图1,LED串与感测电阻Rsense串联。总交流(ac)阻抗因此就是两者之和：


图3是大幅简化的等效直流(dc)电路图。直流输出电压Vout等于输出电流Iout与电阻Rac之积再加齐纳电压，在交流条件下，由于齐纳电压恒定，故上述等式可简化为：


图3:直流简化电路图
2 简化模型
电流源实际上指的是从输入电源获得并无损耗地传输到输出的电流。电流源可以被控制电压Vc向上或向下调节，而Vc逐周期设定电感峰值电流。控制器通过升压转换器开关电流感测电阻Ri来观测电感峰值电流，并以此工作。当Ri两端电压与控制电压匹配时，电源开关就被指示关闭。如果我们现在来考虑交流电路图，就要考虑电容及其寄生元件，如图4所示。


图4:交流模型使用跟电容模型相关的总阻抗Rac
在存在补偿斜坡的情况下，控制电压不再是固定的直流电压，而是斜率会影响最终峰值电流设定点的斜坡电压。图5显示了最终波形。到达峰值电流值的时间比不存在斜坡的情况下更快，就好像我们会人为增加电流控制感测电阻Ri一样。它有降低电流控制环路增益及降低连续导电模式(CCM)下两个极点的作用。当转换器过渡到DCM时，仍然存在斜坡，必须予以顾及。


图5:由于补偿斜坡的缘故，峰值电流并不等于控制电压除以Rsense
3 完整交流模型
既然我们已经推导出所有系数，我们就可以更新原先图4中中所示的模型。更新的电路图如图6示。R1对应于等式(20)中的系数，并可推导出与输出电压调制直接成正比的电流。


图6:交流模型图
4 应用脉宽调制(PWM)进行调光控制
我们将使用下面的值来检验我们的计算。这是一款DCM升压转换器，为22V压降的LED串提供恒定功率，详细参数参看附件。


图7:平均模型帮助验证工作偏置点及交流响应