升压式高亮度LED背光驱动电路技术设计

升压式高亮度LED背光驱动电路技术设计

　　FAULT信号保护驱动电路
　　
　　FAULT信号pin可用于驱动外部断接FET（图6）IC启动时，FAULT信号维持Low电位，IC启动过后，此pin被pulledhigh，这使得内电路的LED与升压电路连接，电路完成启动点亮LED，假如输出端有过电压或短路情形发生，内部电路会将FAULT信号拉Low并使LED与升压电路断接。
　　
　　FAULT信号也控于PWM调光控制信号，PWM调光信号为Low时，FAULT信号亦为Low，但当PWM调光信号为High时，FAULT信号却不见得为High。
　　
　　断接LED时，可确保输出电容不会随着PWM调光信号的周期而充放电。
　　
　　PWM调光信号到FAULT信号与保护电路的输出以AND连接着，以确保保护电路动作时能够覆盖过PWM及调光控制的输入。

图6 Disconnect FET

　　输出短路保护的动作原理是当输出侦测电流（于FDBK pin），大于2倍参考电流设定位准（于IREF pin），保护动作会发生。过电压保护的动作原理，是当OVP pin的电压大于1.25V时，保护动作也会发生。二个信号被送至一个OR闸再送到保护栓锁电路。当有任一保护动作发生时，栓锁电路会将GATE及FAULT pins同时关掉。一旦有保护动作发生时，必须将电源关掉重开，才能使栓锁电路恢复重置。
　　
　　而在IC的启动需要注意以下两点：
　　
　　●当VDD与PWMD pins连接在一起，透过电路上的输入电压的连接或断接来启动时，IREF pin所连接的电容必须使用0.1uF，而V00 pin上所连接的电容值需小于1uF以确保适当的启动。
　　
　　●假使电路使用外部信号启动或关闭，而输入电压一直保持常开启时，则IREF及VDD所使用的电容值可增加。
　　
　　线性调光能力
　　
　　调整IREF pin的电压位准可达到达成输出电流的线性调整，方法为以可变电阻或分压电阻网络或外部提供参考电压连接至IREF pin。但是，要注意一旦IREF的电压低到非常小时，IC的短路电流保护比较器的误差电压（OFFSET）可能会造成短路保护发生误动作，这时候必须将IC电源关掉重开，重新启动电路，为了避免此误动作，IREF的最低电压为20?30mV。
　　
　　PWM调光（脉宽调变调光）能力
　　
　　HV9910内部的PWM调光功能却能够达到非常快速的PWM调光反应，克服了传统升压电路不能非常快速的PWM调光的缺点。
　　
　　PWMD控制IC内部三个点：
　　
　　●GATE信号到开关FET
　　
　　●FAULT信号到断接FET
　　
　　●运算放大器到补偿网络的输出端
　　
　　当PWMD信号为High时，GATE信号与FAULT可以动作，同时运算放大器的输出端连接到补偿网络，这使得升压电路可以正常动作。
　　
　　当PWMD信号为Low时，GATE信号与FAULT被停止动作，能量无法从输入端转移到输出端，但是，为避免输出电容放电到LED而造成LED电流下降时间被拉长。
　　
　　这个放电电容同时也会使得电路重新连接动作时，LED电流的上升时间会被拉长。因此，避免输出电容的放电是相当重要的。IC输出FAULT信号断接FET，使得LED的电流几乎立刻的下降到零电流，因此输出电容并没有被放电，所以当PWMD信号回复High位准时输出电容不需要额外的充电电流，这使得上升时间非常快速。
　　
　　当PWMD信号为Low时，输出电流降至零，这使得回授放大器看到了相当大的误差信号于放大器输入端，会造成补偿回路的电容器上的电压会上升至最高电位。因此当PWMD信号回到High时，过高的补偿回路电压会控制电感峰值电流，而造成相当大的输出涌浪电流发生在LED上。
　　
　　这样大的LED电流又随着控制回路速度而回授，这会使得稳定时间被延长，当PWMD信号为Low时，断开运算放大器与补偿回路是有助于维持补偿回路的电压不被改变。因此当PWMD信号回复High时，电路立刻回复稳态而不会产生过大的LED电流。
　　
　　■闭回路控制电路的设计
　　
　　补偿回路可用来使得升压电路稳定的操作，可选用Type－Ⅰ补偿（一个简单积分电路）或者TypeⅡ补偿（一个积分电路及额外的极点－零点）。补偿的类型需要视功率级的交越频率的相位而定。

闭回路系统（图7）的回路增益如下：
　　
　　（公式1）    

　　Gm为运算放大器的增益（435mA/V）
　　
　　Zs（s）为补偿网络的阻抗
　　
　　Gp（s）为功率级的转移函式
　　
　　请注意，虽然电阻分压比值为1：14，但是整体效应包含二极管的压降会是1：15。

图7 Loop Gain of　the Boost Controller

　　■芯片补偿网络控制
　　
　　假设Fc为回路增益的交越频率，而功率级的转移函式在此频率的振幅与相位角度为Aps与Φps、相位边限Φm所需增加的相位角度为Φboost。
　　
　　（公式2）Φboost=Φm-Φpx-90?

　　基于所需增加的相位角度，来决定需要何种类型的补偿网络。
　　
　　（公式3）
　　
　　Φboost≦0?→TypeⅠ控制
　　
　　0?≦Φboost≦90?→TypeⅡ控制
　　
　　90?≦Φboost≦180?→TypeⅢ控制
　　
　　HV9911为基础的LDE升压驱动电路通常并不需要TypeⅢ控制，所以此篇不讨论Ⅲ控制。HV9911 TypeⅠ及TypeⅡ控制的使用，请参考表1。

表1 Network Compensation