德州仪器资深利用工程师 Jeff Falin
数学模型一直都有助于判定特定设计的最佳补偿组件，然而，补偿白光LED电流调节升压转换器的情况，则与补偿被设定为调节电压的雷同转换器略微不同。以传统的方法丈量把持回路相当不便，由于回馈(FB)引脚的阻抗不高，而且缺乏上端FB电阻。在Ray Ridley 展现了简易小信号把持回路模型，实用于具备电流模式把持的升压转换器。下文阐明Ridley 模型应如何修正才干实用于白光LED 电流调节升压转换器，同时，也将阐明如何丈量升压转换器的把持回路。
回路组件
如图1所示，为了从输进电压供给较高或较低的调节输出电压，任何可调式DC/DC 转换器都能够加以修正。在这类配置中，假如假设 ROUT 纯粹是电阻负载，则VOUT = IOUT × ROUT。当DC/DC 转换器用来给LED供电时，它会借着调节下端FB电阻把持通过LED的电流，如图2 所示。由于负载本身(LED)代替上端FB电阻的缘故，传统的小信号把持回路公式不再实用。DC 负载阻抗为
而且
从二极管材料表或从丈量得出的 VFWD 是 ILED 的正向电压，而 n 是串联的LED 数目。
图1：用于调节电压的可调式DC/DC 转换器
图2：用于调节LED电流的可调式DC/DC转换器
然而，从小信号的角度来看，负载阻抗包含REQ以及位于ILED的LED动态阻抗rD。固然某些LED 制作商供给不同电流量的rD尺度值，不过判定rD的最好方法是从所有制作商供给的LED I-V 尺度曲线得出该值。图3显示OSRAM LW W5SM 高功率LED的I-V 曲线典范。rD 值是动态(或小信号)数目，其定义为电压变更除以电流变更，也就是rD = ΔVFWD/ΔILED。若要从图3 得出rD，只需要从VFWD与 ILED的起始处画出笔直的切线，然后盘算斜率。举例来说，应用图3中切出的虚线，即可得出rD = (3.5– 2.0 V)/(1.000 – 0.010 A) = 1.51 W，而且ILED=350 mA。
图3：OSRAM LW W5SM的I-V曲线@@@@@@@@@@
小信号模型
对于小信号模型，此处将以TPS61165 峰值电流模型转换器为例，它能驱动3 个串联的OSRAM LW W5SM 零件。图 4a 显示电流调节升压转换器的同等小信号模型，而图 4b 显示较为简化的模型。公式 3 显示频率型 (s 域)模型，用来盘算电流调节升压转换器与电压调节升压转换器的 DC 增益：
其中的通用变量为
以及
图4：电流调节升压转换器的小信号模型
盘算两种电路的负载周期D以及VOUT与REQ的修正值所应用的方法都雷同。Sn 及Se分辨是升压转换器的自然形成电感斜率与补偿斜率，而fSW是切换频率。关于电压调节升压转换器的小信号模型与电流调节升压转换器的模型，两者之间真正的差别来自乘以跨导用项(1–D)/Ri 的抗阻KR以及重要电极wp。这些差别已在表1予以概述。具体信息请见参照 1。由于在调节电压的转换器中，RSENSE 值一般远低于 ROUT 值，因此，电流调节转换器的增益 (其中 ROUT = REQ) 几乎都低于电压调节转换器的增益。
表1：公式3中两种转换器模型的差别
丈量回路
若要丈量把持回路增益与电压调节转换器的相位，网络或专用回路增益/相位分析仪一般会应用1:1变压器将小信号通过小阻抗(RINJ)注进回路中。然后，分析仪便会根据频率丈量并比拟A点的注进信号与R点的回传信号，之后，报告幅度差别(增益)与时间延迟(相位) 的比例。只要A点的阻抗远低于 R 点的阻抗，即可在回路中的任一处插进此阻抗，否则注进的信号会过大，因而干扰转换器的运作点。如图 5 所示，高阻抗节点是一般插进此阻抗的地位，也是FB电阻在输出电容(低阻抗节点) 侦测输出电压的处所。
图5：电压调节转换器的把持回路丈量@@@@@@@@@@
在电流调节配置中，假如负载本身是上端FB电阻，则无法通过与LED串联的方法将注进电阻插进。转换器的运作点必需先予以变更，才干将电阻插进于FB引脚与感应电阻之间，如图6所示。在某些情况下，可能需要非反向单位增益缓冲放大器，以下降注进点的阻抗，并减少丈量噪声。
图6：电流调节转换器的把持回路丈量
用来丈量回路的是Venable回路分析仪，它与图6中的丈量设定雷同但不含放大器，而且RINJ = 51.1W。电流调节转换器的模型是以Mathcad&reg； 构建，并且应用TPS61170的数据表设计参数，其中的核心与TPS61165 雷同。当VIN = 5V且ILED经设定为350 mA时，该模型会产生TPS61165EVM的预期回路响应，如图7 所示，可便于与测得的数据进行比拟。
图7：在VIN =5V且ILED=350mA的情况下所测得及模仿的回路增益与相位
结论
数学模型固然并非全然准确，但不失为设计职员设计 WLED 电流调节升压转换器时可以应用的初步方法。设计职员也能够以其中一种方法丈量把持回路。
