電源技巧：具有電流控制模式的LED降壓穩(wěn)壓器簡(jiǎn)化補(bǔ)償操作

來(lái)源：德州儀器供稿 作者：John Betten2015年05月05日 16:11

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[導(dǎo)讀] 如何在峰值電流模式控制器中補(bǔ)償控制回路，以便在調(diào)節(jié)電流而不是調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)確保穩(wěn)定性？

關(guān)鍵詞：德州儀器LED

　　如何在峰值電流模式控制器中補(bǔ)償控制回路，以便在調(diào)節(jié)電流而不是調(diào)節(jié)輸出電壓時(shí)確保穩(wěn)定性？

　　同步降壓轉(zhuǎn)換器通常被用來(lái)調(diào)節(jié)LED中的電流，經(jīng)常在汽車(chē)、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(guò)一個(gè)內(nèi)部控制回路來(lái)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)埂瓣P(guān)閉回路”更加簡(jiǎn)單。

　　圖1顯示的是一個(gè)通過(guò)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(jiàn)TPS54218數(shù)據(jù)表內(nèi)的圖31）。這個(gè)電流通過(guò)電感器和感測(cè)電阻器來(lái)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?/p>

　　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(guò)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(kāi)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(guò)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。

　　作者： John Betten， 德州儀器應(yīng)用工程師

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