電源技巧：具有電流控制模式的LED降壓穩(wěn)壓器簡化補償操作

來源：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)輸出電壓時確保穩(wěn)定性？

　　同步降壓轉(zhuǎn)換器通常被用來調(diào)節(jié)LED中的電流，經(jīng)常在汽車、醫(yī)療、工業(yè)、甚至個人電子設(shè)備等應(yīng)用中使用。大多數(shù)控制器調(diào)節(jié)輸出時所用到的控制機制大體上可分為恒定接通時間、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)該如何補償控制回路，在調(diào)節(jié)電流而不是調(diào)節(jié)輸出電壓時確保穩(wěn)定性呢？

　　在峰值電流模式控制中，控制信號（或者COMP信號）通過一個內(nèi)部控制回路來控制電感器中的峰值電流，從而簡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，情況會怎么樣呢？眾所周知，實際上在補償電源實現(xiàn)穩(wěn)定性時，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甚至?xí)埂瓣P(guān)閉回路”更加簡單。

　　圖1顯示的是一個通過高側(cè)感測電阻器R3直接驅(qū)動LED中電流的降壓轉(zhuǎn)換器，TPS54218，同步降壓控制器。這個電流感測電壓被電流感測監(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。

　　運算放大器 （op amp） 可使用控制信號 （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。如果運算放大器輸出電壓上升，它也會升高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的簡單SPICE模型。VC1是COMP引腳上的電壓，直接驅(qū)動跨導(dǎo)增益為13的功率級（控制器更多的內(nèi)部細節(jié)請參見TPS54218數(shù)據(jù)表內(nèi)的圖31）。這個電流通過電感器和感測電阻器來直接驅(qū)動LED。需要注意的是，電感值和LED值的變化不會對響應(yīng)產(chǎn)生影響，這是因為電感器中的電流受到了控制。

　　圖2 經(jīng)簡化的控制回路AC模型，以測量增益和相位裕量。

　　分流監(jiān)視器傳遞函數(shù)只是一個值為20的電壓到電壓增益，有一個接近500kHz的高頻極點（和緩沖器）。這個輸出提供給R6/R8分壓器，由于輸出是直流電壓，所以分壓器在運算放大器U3輸出上接地。完成此反饋回路的最后一個部分是降壓轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部跨導(dǎo)放大器，它具有一個225uA/V的電壓對電流增益。

　　外部補償組件C6從這個點 （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 （VC1）。回路增益是V_COMP引腳上測得的電壓除以VC1上的注入擾動。所以，通過將VC1設(shè)定為1 Vac信號，回路增益最終就是V_COMP上測得的電壓。

　　圖3顯示了VSENSE和V_COMP節(jié)點上測得的響應(yīng)。V_COMP代表回路增益和相位裕量，而VSENSE是功率級，這就是除補償運算放大器之外的整個回路。在這里最值得注意的一點是，VSENSE，最遠到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)在較高頻率時開始輕微降低相位。

　　圖3 仿真結(jié)果顯示出非常平穩(wěn)的響應(yīng)，此時整個回路主要由C6設(shè)定。

　　轉(zhuǎn)換器回路增益和帶寬的調(diào)節(jié)由C6單獨設(shè)定。較小的C6值會由于其較高的阻抗而增加增益，而較大的值會減小增益。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)，諸如斜坡補償，會在較高頻率時影響到增益和相位。

　　另外，這個模型提供了一個出色的一階逼近法，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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