德州儀器資深利用工程師 Jeff Falin
數(shù)學(xué)模型一直都有助于判定特定設(shè)計的最佳補(bǔ)償組件，然而，補(bǔ)償白光LED電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的情況，則與補(bǔ)償被設(shè)定為調(diào)節(jié)電壓的雷同轉(zhuǎn)換器略微不同。以傳統(tǒng)的方法丈量把持回路相當(dāng)不便，由于回饋(FB)引腳的阻抗不高，而且缺乏上端FB電阻。在Ray Ridley 展現(xiàn)了簡易小信號把持回路模型，實用于具備電流模式把持的升壓轉(zhuǎn)換器。下文闡明Ridley 模型應(yīng)如何修正才干實用于白光LED 電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器，同時，也將闡明如何丈量升壓轉(zhuǎn)換器的把持回路。
回路組件
如圖1所示，為了從輸進(jìn)電壓供給較高或較低的調(diào)節(jié)輸出電壓，任何可調(diào)式DC/DC 轉(zhuǎn)換器都能夠加以修正。在這類配置中，假如假設(shè) ROUT 純粹是電阻負(fù)載，則VOUT = IOUT × ROUT。當(dāng)DC/DC 轉(zhuǎn)換器用來給LED供電時，它會借著調(diào)節(jié)下端FB電阻把持通過LED的電流，如圖2 所示。由于負(fù)載本身(LED)代替上端FB電阻的緣故，傳統(tǒng)的小信號把持回路公式不再實用。DC 負(fù)載阻抗為
而且
從二極管材料表或從丈量得出的 VFWD 是 ILED 的正向電壓，而 n 是串聯(lián)的LED 數(shù)目。
圖1：用于調(diào)節(jié)電壓的可調(diào)式DC/DC 轉(zhuǎn)換器
圖2：用于調(diào)節(jié)LED電流的可調(diào)式DC/DC轉(zhuǎn)換器
然而，從小信號的角度來看，負(fù)載阻抗包含REQ以及位于ILED的LED動態(tài)阻抗rD。固然某些LED 制作商供給不同電流量的rD尺度值，不過判定rD的最好方法是從所有制作商供給的LED I-V 尺度曲線得出該值。圖3顯示OSRAM LW W5SM 高功率LED的I-V 曲線典范。rD 值是動態(tài)(或小信號)數(shù)目，其定義為電壓變更除以電流變更，也就是rD = ΔVFWD/ΔILED。若要從圖3 得出rD，只需要從VFWD與 ILED的起始處畫出筆直的切線，然后盤算斜率。舉例來說，應(yīng)用圖3中切出的虛線，即可得出rD = (3.5– 2.0 V)/(1.000 – 0.010 A) = 1.51 W，而且ILED=350 mA。
圖3：OSRAM LW W5SM的I-V曲線@@@@@@@@@@
小信號模型
對于小信號模型，此處將以TPS61165 峰值電流模型轉(zhuǎn)換器為例，它能驅(qū)動3 個串聯(lián)的OSRAM LW W5SM 零件。圖 4a 顯示電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的同等小信號模型，而圖 4b 顯示較為簡化的模型。公式 3 顯示頻率型 (s 域)模型，用來盤算電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器與電壓調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的 DC 增益：
其中的通用變量為
以及
圖4：電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的小信號模型
盤算兩種電路的負(fù)載周期D以及VOUT與REQ的修正值所應(yīng)用的方法都雷同。Sn 及Se分辨是升壓轉(zhuǎn)換器的自然形成電感斜率與補(bǔ)償斜率，而fSW是切換頻率。關(guān)于電壓調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的小信號模型與電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器的模型，兩者之間真正的差別來自乘以跨導(dǎo)用項(1–D)/Ri 的抗阻KR以及重要電極wp。這些差別已在表1予以概述。具體信息請見參照 1。由于在調(diào)節(jié)電壓的轉(zhuǎn)換器中，RSENSE 值一般遠(yuǎn)低于 ROUT 值，因此，電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的增益 (其中 ROUT = REQ) 幾乎都低于電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的增益。
表1：公式3中兩種轉(zhuǎn)換器模型的差別
丈量回路
若要丈量把持回路增益與電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的相位，網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ没芈吩鲆?相位分析儀一般會應(yīng)用1:1變壓器將小信號通過小阻抗(RINJ)注進(jìn)回路中。然后，分析儀便會根據(jù)頻率丈量并比擬A點的注進(jìn)信號與R點的回傳信號，之后，報告幅度差別(增益)與時間延遲(相位) 的比例。只要A點的阻抗遠(yuǎn)低于 R 點的阻抗，即可在回路中的任一處插進(jìn)此阻抗，否則注進(jìn)的信號會過大，因而干擾轉(zhuǎn)換器的運作點。如圖 5 所示，高阻抗節(jié)點是一般插進(jìn)此阻抗的地位，也是FB電阻在輸出電容(低阻抗節(jié)點) 偵測輸出電壓的處所。
圖5：電壓調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的把持回路丈量@@@@@@@@@@
在電流調(diào)節(jié)配置中，假如負(fù)載本身是上端FB電阻，則無法通過與LED串聯(lián)的方法將注進(jìn)電阻插進(jìn)。轉(zhuǎn)換器的運作點必需先予以變更，才干將電阻插進(jìn)于FB引腳與感應(yīng)電阻之間，如圖6所示。在某些情況下，可能需要非反向單位增益緩沖放大器，以下降注進(jìn)點的阻抗，并減少丈量噪聲。
圖6：電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的把持回路丈量
用來丈量回路的是Venable回路分析儀，它與圖6中的丈量設(shè)定雷同但不含放大器，而且RINJ = 51.1W。電流調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換器的模型是以Mathcad&reg； 構(gòu)建，并且應(yīng)用TPS61170的數(shù)據(jù)表設(shè)計參數(shù)，其中的核心與TPS61165 雷同。當(dāng)VIN = 5V且ILED經(jīng)設(shè)定為350 mA時，該模型會產(chǎn)生TPS61165EVM的預(yù)期回路響應(yīng)，如圖7 所示，可便于與測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比擬。
圖7：在VIN =5V且ILED=350mA的情況下所測得及模仿的回路增益與相位
結(jié)論
數(shù)學(xué)模型固然并非全然準(zhǔn)確，但不失為設(shè)計職員設(shè)計 WLED 電流調(diào)節(jié)升壓轉(zhuǎn)換器時可以應(yīng)用的初步方法。設(shè)計職員也能夠以其中一種方法丈量把持回路。
