谷值电流模式控制BUCK型LED驱动器

科技信息○科教前沿○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2012年第33期

谷值电流模式控制BUCK型LED驱动器

朱建刚

（中国民航飞行学院计算机学院四川

广汉

618307）

【摘要】设计了谷值电流模式BUCK型LED恒流驱动器架构，采用双电容充放电的振荡结构分别实现开关管导通计时和最小关断计时,所设计的谷值电流控制器固有的振荡特性避免了振荡器的使用，减少电路实现的成本和复杂度。分析了系统的控制时序，引入前馈机制来调节开关导通占空比，大大减小输入电压变化对开关频率的影响。采用0.6μm30VBCD工艺利用HSPICE仿真验证了所提出的电路结构，仿真结果符合理论推导。

【关键词】谷值电流模式控制；LED驱动器；BUCKDC-DC变换器

ValleyCurrent-modeControlledBUCKRegulatingLEDDriver

ZHUJian-Gang

(CollegeofComputer,CivilAviationFlightUniversityofChina,GuanghanSichuan，618307，China）

【Abstract】Avalleycurrent-modecontrolledBUCKregulatingLEDconstantcurrentdriverarchitectureispresentedinthispaper.Twocapacitorsareusedastheontimerandminimumofftimerofthepowerswitch,whichenabletheproposedvalleycurrent-modecontrollerachieveinherentoscillationcharacteristics,andnoadditionaloscillatorisneed,thecostandthedesigncomplexityarereduced.ThecontrolsequenceoftheLEDisanalyzed.Feed-forwardisusedtoadjusttheontimer,andtheswitchingfrequencyvariationduetotheinputvoltagechangingisavoided.ThecircuitisverifiedusingHSPICEsimulatorin0.6μm30VBCDprocess,andthesimulationresultsaccordwiththetheorycalculatedvalues.

【Keywords】Valleycurrentmodecontrol；LEDdriver；BUCKDC-DC

converterLED照明具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全环保等特性，在全球能源危机以及环境污染不断加剧下，LED作为一种节能绿色照明技术有着巨大的市场，正在逐步替代传统照明技术，在汽车照明、航空照明、家用照明、背光照明、信号指示等领域有着广泛的应用。LED作为一种半导体发光二极管，具有单向导电性，存在势垒电压，LED需要驱动电压超过这个势垒电压后才能导通，而其光通量随着流过LED的电流增长会逐步饱和，所以LED需要被驱动于发光效率高的电流状态，可见相对于传统照明技术LED照明需要更为苛刻的驱动技术。LED的驱动技术可分为恒流型和稳压型，由于LED具有二极管特性，正向导通压降的轻微变动会引起LED电流的剧烈变化，所以LED的最佳驱动方式为恒流型驱动[1]，其实现上分为线性电源驱动[2]和开关电源驱动[1]两种方式，由于线性电源效率低，高效率需求的LED的驱动大多采用开关电源技术。

电流控制模式DC-DC变换器作为一种高效率的开关电源技术，具有动态响应快、控制简单、可直接控制输出电流等优点，特别适合LED恒流驱动。面对市场对低成本、小尺寸、高效率的需求，采用模拟方式实现能工作在兆赫兹(MHz)数量级的高频BUCK型DC-DC成为当前研究的热点，但高频BUCK型DC-DC在驱动单只LED时具有很低占空比，电流上升时间短而下降时间长，给传统峰值电流模式的实现提出了挑战[3,4]，本文设计了采用谷值电流控制模式[5]的高频BUCK型DC-DC，利用低成本的模拟电路实现了谷值电流控制器，所设计的谷值电流控制器采用双电容充放电的振荡结构分别实现开关管导通计时和最小关断计时，其固有的振荡特性避免了振荡器的使用，减少电路实现的成本和复杂度，易于应用。

在电路中设置一个电平移位电路来转换为正值。其工作时序为：M1导通时间由导通计时器决定，当导通计时器计时完毕时自我清零且开关管M1关闭，并触最小关断计时器计数；当稳压比较器输出跳变即检测到谷值电流来到时，并且最小关断计时器已经计时结束时，开关管M1重新导通，最小关断计时器清零并且触发导通计时器计时，如此往复，这里最小关断计时器决定了开关管最小关断时间。DIS引脚用于对系统通断的控制，当DIS为低电平时系统关断。谷值电流门限保证了电感电流的连续型，LED的驱动电流时序图如图2所示：

图2LED驱动电流波形

由于开关的导通时间由导通计时器决定，故其开关频率为：

fSW=

VLED+Vf（INf）on

（1）

其中:

VLED是LED的驱动电压

1谷值电流控制BUCK型DC-DC的架构

VIN是驱动器输入电压Vf是整流管压降

Ton是导通计时器计时时间

从式（1）可以看出为获得高频开关特性，需要小的Ton，为了维持不同输入电压下开关频率的稳定性应将Ton设置为与VIN成反比的关系，图1中可利用RT来实现。

其谷值电流：Ivalley＝纹波为：Iripple＝

VREFS

（2）

VIN－VLED

（3）Ton

其中L为L1的电感值。LED的平均电流为：

（4）Iavg=Ivalley+1Iripple

从式（2）（3）（4）可见，LED的驱动电流主要由RS来进行设定，但

图1

谷值电流控制BUCKDC-DC系统架构

还受电流纹波的影响，后者与输入输出压差和导通计时成正比，与储能电感大小成反比。

图1为谷值电流控制BUCK型DC-DC的系统架构图，采用NMOSFETM1作为开关管并采用bootstrap技术[6]进行驱动，利用内部5VLDO供电，肖特基二极管D1作为整流管，M1和D1与储能电感L1构成BUCK拓扑。RS用于检测电感谷值电流，其检查电压为负值，故

2谷值电流模式控制器的实现

图1中提出的谷值电流模式控制器电路原理图如图3所示，其采用系统内部LDO提供的5V供电，分别采用电容C1和C2来实现导通 …… 此处隐藏：752字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……