LED驅(qū)動(dòng)控制芯片之系統(tǒng)建模與環(huán)路補(bǔ)償設(shè)計(jì)

LED在生活中處處可見，有顯示屏的，也有照明的，但是有很多人不知道LED燈需要LED驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)，下面來介紹驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)知識(shí)。

升壓型LED驅(qū)動(dòng)電路以及控制環(huán)路圖如圖1所示。通過電阻Rs1采樣負(fù)載LED電流輸入電壓誤差放大器(EA)，誤差放大器的輸出經(jīng)過補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出作為電流峰值比較器的基準(zhǔn)，電阻Rs2采樣開關(guān)管S1上的電流輸入比較器的正端，Ramp是峰值電流控制中的斜坡補(bǔ)償電流。時(shí)鐘信號(hào)CLK確定開關(guān)頻率與開關(guān)管的開通，當(dāng)電流信號(hào)大于設(shè)定的閾值時(shí)，比較器的輸出變高觸發(fā)邏輯電路翻轉(zhuǎn)開關(guān)管關(guān)斷。

圖1 升壓型LED驅(qū)動(dòng)電路控制圖

可建立如圖2所示的小信號(hào)模型電路。對(duì)于升壓型的功率級(jí)電路，利用狀態(tài)空間平均法可以得到原功率級(jí)兩個(gè)重要的傳遞函數(shù)Gvd(s)，Gid(s)并根據(jù)圖中模型可以推導(dǎo)出輸出電壓對(duì)指令電流信號(hào)的等效功率級(jí)傳函Ap(s)。

圖2 峰值電流模式控制小信號(hào)模型

其中Fm=1/MaTs,Fv=D''2Ts/2L,Ma是斜坡補(bǔ)償電流的斜率，L是濾波電感，Ts是開關(guān)周期，D是穩(wěn)態(tài)占空比?？紤]整個(gè)環(huán)路的傳遞函數(shù)T(s);

補(bǔ)償前的環(huán)路傳函幅相頻曲線如圖3中所示，系統(tǒng)有兩個(gè)極點(diǎn)(p1,p2)，一個(gè)左半平面的零點(diǎn)z(輸出電容ESR引起)，一個(gè)右半平面的零點(diǎn)z1.這里需要指出的是，如果沒有帶斜坡補(bǔ)償電路的電流反饋控制系統(tǒng)的引入，輸出LCR網(wǎng)絡(luò)決定環(huán)路系統(tǒng)是一個(gè)高Q值的系統(tǒng)，而電流反饋使得系統(tǒng)的Q值大大地減小，但右半平面的零點(diǎn)會(huì)提高穿越頻率并使得相位裕度更差?？梢圆捎玫难a(bǔ)償方法是加入一個(gè)單零點(diǎn)單極點(diǎn)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)如圖3所示，Gc(s)表達(dá)式為，

圖3 補(bǔ)償前后系統(tǒng)開環(huán)頻率響應(yīng)

其中z2用來補(bǔ)償極點(diǎn)p1,坐標(biāo)原點(diǎn)的極點(diǎn)可以提高低頻的環(huán)路增益以較小直流穩(wěn)態(tài)誤差，p3抵消z1帶來的幅度增加，抑制接近開頻頻率的噪聲，最終的穿越頻率fc設(shè)定在開關(guān)頻率的1/10左右。最簡單的補(bǔ)償方法也可以采用單極點(diǎn)的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，為保證相位裕度就會(huì)帶來缺點(diǎn)即環(huán)路的帶寬會(huì)更小，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的升壓型的LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行建模并在MATLAB中仿真結(jié)果(如圖4所示)，從仿真的結(jié)果看，環(huán)路在這種斜坡電流和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)下在穿越頻率附近的相位裕度大于45°，系統(tǒng)是穩(wěn)定的，與公式推算的結(jié)果基本相符。

圖4 MATLAB仿真結(jié)果

以上就是LED驅(qū)動(dòng)的相關(guān)技術(shù)知識(shí)，如果要從事相關(guān)行業(yè)，需要設(shè)計(jì)人員有雄厚的知識(shí)儲(chǔ)備，還需要積累大量的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。