大功率RGB LED驱动器支持彩色照明设计

反馈补偿

平均电流控制环路

为确保平均电流控制环路的稳定性，电流误差放大器的增益应该限定在某一数值以内(频率接近开关频率)。理由是：Q2处于OFF期间，通过R15测得的电流不断衰减，在此期间为负斜率变化。负斜率信号放大后作用到误差放大器的输入，经过电流误差放大器再次放大，最终转换成正斜率信号作用在PWM比较器输入。为了保证电流环路稳定，这个正斜率信号不能超过作用在PWM比较器另一输入端的三角波信号的正斜率。这一条件限定了信号到达PWM比较器之前电感电流的总增益(开关频率处)。低频总增益可以更高一些，允许平均电感电流精确建立在所设定的稳态值。

从IC(U2)架构可以看出，通过控制电流误差放大器的增益级可满足稳定性要求。利用下式可以计算开关频率处的最大增益，确保放大器环路稳定：



式中VRPP为内部纹波的峰峰值(2V)，L为L1电感值，AVCSA为电流检测放大器的差分增益(34.5V/V)。将已知参数代入公式可得：ACEA=1.75V/V。内部电流误差放大器为跨导放大器，增益为550mS (550mA/V)。电阻R10连接到误差放大器输出CLP (第16引脚)，控制电流误差放大器在开关频率处的增益。电阻R10为：



代入已知参数，可得：R10= 3.18kW。应用中采用3.16kW标准电阻。

如果R10接GND，频率低于3dB截止频率时，电流误差放大器的增益为1.75V/V。为保证环路稳定，要求在接近开关频率时总增益为1.75V/V。较低频率下即使具有较高增益，也不会放大线性衰减的电感电流，电感电流纹波不存在低频分量。电流误差放大器传输函数中引入一个零点，将使电流环路增益在零点频率以上变得平坦(1.75V/V)，并在零点频率以下增益明显提升。零点频率由C11和R10决定，本应用中最佳零点频率为开关频率的1/12，能够快速地将平均电感电流建立在设定值。为了在1/12开关频率处放置一个零点，按照下式计算


。 代入已知参数，得到：C11=1.99nF，选择2.2nF标准电感。

C10在开关频率处引入高频极点，抑制开关操作引入的各种噪声：。代入已知参数，得到：C10=152pF，可选择180pF标准电感。

电压控制环路

通过反馈环路保持R13两端的电压固定，最终得到固定的LED电流。根据LED电流和开关占空比产生一个固定值，电压控制环路为电流控制环路产生一个输入基准，用于设置电感的平均电流。比较R13两端的压降和100mV基准，电压误差放大器对这一差值进行放大，产生一个与所要求的电感平均电流相对应的基准电压，利用下式计算基于LED电流的R13电阻值：，式中，ILED为LED电流(本应用中为2A)，0.1V是电压控制环路的反馈基准。代入已知参数，得到：R13=0.05W。电阻额定功率应该高于ILED2×R13。

　由于boost转换器工作在连续导通模式，电源电路传输函数存在一个右半平面(RHP)零点。该零点提供20dB/十倍频程的增益和90度的相位滞后，很难补偿。最简单的方法是在低于RHP零点频率处抵消该零点，将环路增益降至0dB(利用-20dB/十倍频程)。对于boost转换器，下式给出了最差工作条件下的RHP零点频率(FZRHP)：，代入已知参数，可以得到：FZRHP=17.7kHz。

平均电流控制环路将电感和输出电容COUT构成的双极点、2阶系统转换成1阶系统，1阶系统的单个极点由输出滤波电容和输出负载电阻决定。输出滤波电容和输出负载动态电阻构成的极点频率由下式计算：，，式中，RLD是LED负载的动态电阻(本应用中所使用的LED电阻为4.5W)。代入已知参数后，可得：FP2=1.88kHz。电压误差放大器的输出到差分电压放大器输出的电压控制环路直流增益(最大占空比时)由下式计算，：，式中6V/V是图1中U2内部差分电压放大器的增益，代入已知参数，可得：GP=0.75V/V。

为了补偿电压控制环路(使环路保持稳定并具有足够的相位裕量)，环路单位增益的频率(FC)应该低于RHP零点频率的1/5。本应用中，为了获得较好的相位裕量，单位增益频率选择RHP零点频率的1/10：，代入已知参数，可得：FC=1.77kHz。电压误差放大器传输函数具有一个主极点(FP1)和一个零点(FZ1)，用于补偿输出极点FP2和高频极点(FP3)。补偿零点(FZ1)放置在输出极点频率，利用下式计算电压误差放大器的增益(FZ1处)，总环路增益在FC频点的增益为0dB：，代入已知参数，得到：AEA1=1.25V/V。电阻R14和R12决定增益AEA1：。将R12任意设置在2.2kW，得到：R14 = 2.75kW。

C14和R14决定补偿零点频率FZ1，按照下式计算C14：，代入已知参数，得到：C14=30.8nF，实际应用可 以选择100nF电容。选择较大的电容有助于改善PWM性能，在PWM OFF期间通过断开Q3可以保持C14上的电荷。C12将高频极点(FP3)置于开关频率的一半，按照下式计算C12：，代入已知参数后可得：C12 = 386pF，选择470pF标准电容。