浅析低边Buck型LED驱动电路_电感_电流

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Buck型电路用于LED驱动我打仗最早的该当是HV9910，这是一个大略的峰值电流模式PWM掌握器，论坛曾有很多前辈谈论它的是非。
个人认为，这个IC算是过期了，为了担保较好的电流精度，对输入输出的变革范围以及电感量的精度都有严格的哀求。
这次的帖子我打算以我打仗过的两个用的比较多的IC来谈论Buck型LED驱动电路，它们是晶丰明源的BP2822以及占空比的DU8623。
首先有必要声明，这里仅作为技能互换，不涉及广告身分。

上图我大略画了下几种常见的Buck型构造。
第一种是高边驱动NMOS的办法。
这种Buck型电路是在低压DCDC中见得最多的。
他的优点是输入输出是共地的，并且公共端是系统电位最低点。
在高压Buck中，我们很少见到这种办法，缘故原由在于高边NMOS须要自举升压浮动驱动，高压的驱动电路太占芯片的面积了。
以是可以想象，为什么一片高低边驱动器价格动辄好几块钱。

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第二种是高边驱动PMOS，这种构造的优点和第一种相同，也不须要自举升压驱动，但却是比较少见，缘故原由在于PMOS的多子为空穴，迁移率低，造成PMOS的性能较差，其余，这种驱动要以输入为参考，同样会比较繁芜。

（图片来自网络侵删）

第三种是高压Buck型LED驱动器中最为多见的，本日要说的两个IC都是这种构造。
它的优点很明显：掌握电路不须要承受高压就能很好地完成对功率管的驱动，因此IC的本钱可以做到很低。
而在LED以外的运用中，我们险些不会这样用，缘故原由很大略，这种构造的公共端是电源输入正端，不符合我们的习气。

说完上面这些，我们就来看看这些电路是如何来恒流的。
首先，我们要搞清楚恒流的观点，恒的是负载的均匀电流，对付Buck拓扑，也便是电感的均匀电流。
对付任何一种拓扑，一个开关周期内电感的电流都是先升到峰值，再降到谷值的，这个谷值可能大于0（连续模式），也可能即是0（断续模式或者临界模式）或者小于0（这种情形只会在同步整流的构造中涌现）。
如果是连续模式或者临界模式，那么电感的均匀电流就即是峰值电流加上谷值电流除以2，即：

Io_avg=IL_avg=(IL_peak+IL_valley)/2

如果要恒流，只要将电感的峰值电流和谷值电流定去世就行。
如下图，对付低边Buck型构造，开关管开启时，电流按照蓝线方向流动，电感电流逐渐上升，如果检测Rcs上的电压达到一定值（即电感电流达到一定值）时开关管关断，那么峰值电流就定下来了。
假设这个阈值为Vthh，那么峰值电流大小为：

IL_peak=Vthh/Rcs

接下来的开关周期内，电感通过二极管D续流，如下图所示。
这就涌现了一个问题，此时的电流不再流经开关管，掌握电路无法知道电流低落到何种程度了。

怎么办？先看一下下面这个图。
用过临界模式PWM掌握IC的该当很快能够看出来，这种构造可以实现在电感电流低落到0附近时重新打开开关管，也便是说，可以强制电路事情在临界事情模式。
利用一个赞助绕组，开关管关断期间，电感电流低落，赞助绕组感应产生一个正电压，当电感电流低落为零时，感应电压消逝，触发开关管重新开启。
D1这个二极管是用来阻断开关管开启时赞助绕组上的反压的，实际上我们可能看不到这个二极管，由于可以在IC内部A2的反相输入端反向并接一个二极管到地，效果一样的。

这个电路使得电感电流波形非常靠近上图的临界模式，也就实现了输出的恒流：

Io_avg=IL_avg=(IL_peak+IL_valley)/2=IL_peak/2

这便是BP2822的事情模式。
大家会问，为什么BP2822的运用中没有这个赞助绕组？确实没有，这个绕组肯定让电感的加工变得繁芜，本钱会略微上升。
那么它是如何检测电感电流低落到零的呢。
大家可以先想一下反激事情在断续模式下，开关管漏极电压在开启前上一个周期内的波形是什么样的。
没错，会涌现振荡。
那Buck型的会不会也有这样征象呢？会。

大家看下图。
假设电流在t时候过零，则t-时候有：

Vds=Vcoss=Vin

在t+时，电感电流为零，C远大于Coss，C视为短路，则Coss与L构成串联谐振回路，谐振频率为

初始振荡幅度为Vin。
用saber仿一下，确实如此。

有这个振荡，那就好办了，只要检测这个振荡一开始，我们就把开关管重新开启，那么久非常靠近临界事情模式了。
乃至，我们可以检测到这种振荡到达谷值时将开关管开启，那么便是我们所说的准谐振（QR)了。
但是仍旧有问题。
不涉及到IC的可能不知道，海内绝大多数集成功率管的IC都是将掌握部分的裸片和一个外置的功率管裸片封装到一起的，也便是单片封装，而不是单片集成。
那么，功率管漏端和掌握IC基本都是没有连接关系的，那又如何取得这个振荡旗子暗记呢？

这一点，还和驱动构造干系。
为了减小IC功耗，BP2822这类IC都是采取源极驱动的办法。
也便是说，芯片实际驱动的是一个低压的功率管，其余一个高压功率管用来承受耐压，下图可以解释这一构造。
利用一个二极管和电容，就可以得到这个振荡旗子暗记。
但是，这个二极管和电容是须要承受高压的，放在IC内部是不现实的，放在芯片外部，无疑增加了外围的繁芜度。

究竟是如何检测的呢？再看下图就知道了。
下管的源漏寄生电容导致下管的漏端（即高压管的源端）对地也会产生同样波形的振荡，这个振荡是低压的，检测起来就方便了。

末了我们看一下这个别系该如何实现。
下图是我想出来的一种最大略的办法，当然BP2822的内部不一定是这么做的，但是估计也差不到哪里去。
两个比较器，为了大略起见，我接到了同一个参考电压源上，一个用来检测到峰值后触发开关管关断，一个用来检测到振荡后触发开关管开启。
末了电感被迫事情在近似临界模式下。
以是输出电流的近似打算就成了：

Io=Vref/2Rcs

对付BP2822，Vref=0.4V。
末了的图给出了干系的波形，大家可以自己对照。

大家最关心的是，这里的各部分器件参数怎么取值，特殊是电感，那么下面先容一下诸如 BP2822这种滞回掌握临界模式的BUCK型电感怎么算。

首先，根据手册我们知道，内部的限流阈值是0.4V，那么，电感电流峰值就即是这个电压除以采样电阻阻值。
例如我们取1欧的采样电阻，那么电感电流峰值就即是：

IL_pk=0.4/1=0.4A

输出均匀电流为：

Io_avg=IL_pk/2=0.2A

这样一来，我们只剩下一个参数须要打算，那便是电感的感量。

对付滞回掌握临界模式的BUCK拓扑，开关管开启时，加在电感上的电压为

Von=Vin-Vo=LIpk/Ton

开关管关断时，加在电感上电压为

Voff=Vo=LIpk/Toff