基于驅動LED串的DCM升壓轉換器的詳細理論分析
2013-12-10 16:18:43 本站原創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。
如果我們現在來考慮交流電路圖，就要考慮電容及其寄生元件，如圖4所示。齊納元件自身并無影響，因為在交流調制期間其電壓保持恒定：僅其動態阻抗rLEDs需要予以考慮，融合到Rac中。如等式(5)所述。
圖4：交流模型使用跟電容模型相關的總阻抗Rac。
根據此圖，有可能表達出控制電壓被調制時的小信號輸出電壓電平：
如前所述，電流源值取決于控制及輸出電壓。為了推導出小信號等效模型，我們解析了跟控制電壓Vc及輸出電壓Vout相關的Iout偏導數：
結合等式，可以改寫等式如下：
已經推導出DCM升壓轉換器直流傳遞函數，即：
在此等式中，轉換器的直流阻抗(Rdc)必須以 替代。新的等式就變成：
