网友讨论：Buck型LED驱动电路设计
在进行一款产品设计时，设计者们永远在追求高性价比和效率最大化。在LED照明设计当中，想要实现上述两点并不难，如果对输出功率要求不高，那么BUCK电路将是最高性价比的首选。在相同的功率级别之下，使用BUCK电路产生的开关管应力是最低的，直流母线电压就是实际承受的最大电压。
由于这种特性的存在，电路仅需提供一般的耐压，开关管就能够完成通用范围输入，其次，Buck型电路的磁性器件也是结构最为简单的，通常情况下只要一个绕组。当然还有很多其他的优点，本篇文章就不过多进行介绍。本篇文章以BP2822和DU8623为例来讨论Buck型LED驱动电路，希望能够对大家有所帮助。
图1 常见的Buck型结构图1是几种常见的Buck型结构。第一种是高边驱动NMOS的方式。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，我们很少见到这种方式，原因在于高边NMOS需要自举升压浮动驱动，高压的驱动电路太占芯片的面积了。第二种是高边驱动PMOS，这种结构的优点和第一种相同，也不需要自举升压驱动，但却是比较少见，原因在于PMOS的多子为空穴，迁移率低，造成PMOS的性能较差，另外，这种驱动要以输入为参考，同样会比较复杂。第三种是高压Buck型LED驱动器中最为多见的，今天要说的两个IC都是这种结构。它的优点很明显：控制电路不需要承受高压就能很好地完成对功率管的驱动，因此IC的成本可以做到很低。而在LED以外的应用中，我们几乎不会这样用，原因很简单，这种结构的公共端是电源输入正端，不符合我们的习惯。说完上面这些，就来看看这些电路是如何来恒流的。首先，要搞清楚恒流的概念，恒的是负载的平均电流，对于Buck拓扑，也就是电感的平均电流。对于任何一种拓扑，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），也可能等于0（断续模式或者临界模式）或者小于0（这种情况只会在同步整流的结构中出现）。如果是连续模式或者临界模式，那么电感的平均电流就等于峰值电流加上谷值电流除以2，即：Io_avg=IL_avg=（IL_peak+IL_valley）/2
图2
如果要恒流，只要将电感的峰值电流和谷值电流定死就行。如图2，对于低边Buck型结构，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
图3接下来的开关周期内，电感通过二极管D续流，如图3所示。这就出现了一个问题，此时的电流不再流经开关管，控制电路无法知道电流下降到何种程度了。
图4
图5怎么办?先看一下图5。用过临界模式PWM控制IC的应该很快能够看出来，这种结构可以实现在电感电流下降到0附近时重新打开开关管，也就是说，可以强迫电路工作在临界工作模式。使用一个辅助绕组，开关管关断期间，电感电流下降，辅助绕组感应产生一个正电压，当电感电流下降为零时，感应电压消失，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辅助绕组上的反压的，实际上我们可能看不到这个二极管，因为可以再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接近上图的临界模式，也就实现了输出的恒流：Io_avg=IL_avg=（IL_peak+IL_valley）/2=IL_peak/2这就是BP2822的工作模式。大家会问，为什么BP2822的应用中没有这个辅助绕组?确实没有，这个绕组肯定让电感的加工变得复杂，成本会略微上升。那么它是如何检测电感电流下降到零的呢。大家可以先想一下反激工作在断续模式下，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，会出现振荡。那Buck型的会不会也有这样现象呢?会。假设电流在t时刻过零，则t-时刻有：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，那么久非常接近临界工作模式了。甚至，我们可以检测到这种振荡到达谷值时将开关管开启，那么就是我们所说的准谐振（QR）了。但是仍然有问题。不涉及到IC的可能不知道，国内绝大多数集成功率管的IC都是将控制部分的裸片和一个外置的功率管裸片封装到一起的，也就是单片封装，而不是单片集成。那么，功率管漏端和控制IC基本都是没有连接关系的，那又如何取得这个振荡信号呢?这一点，还和驱动结构相关。为了减小IC功耗，BP2822这类IC都是采用源极驱动的方式。也就是说，芯片实际驱动的是一个低压的功率管，另外一个高压功率管用来承受耐压，下图可以说明这一结构。图中也顺带给出了，使用一个二极管和电容，就可以得到这个振荡信号。但是，这个二极管和电容是需要承受高压的，放在IC内部是不现实的，放在芯片外部，无疑增加了外围的复杂度。
图6
图7究竟是如何检测的呢?再看下图6和图7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。
