【導讀】隨著汽車電子行業的快速發展，具有寬輸入電壓范圍的高密度LED驅動芯片，被廣泛應用于汽車類照明，包括車外前部和尾部照明、內部照明和顯示屏背光照明。
LED驅動芯片按照調光方式可以分為模擬調光和PWM調光。模擬調光相對簡單，PWM 調光相對復雜，但線性調光范圍比模擬調光更大。LED驅動芯片作為一類電源管理芯片，其拓撲主要有Buck 和Boost。Buck電路的輸出電流連續使其輸出電流的紋波更小，要求的輸出電容更小，更有利于實現電路的高功率密度。
圖1 輸出電流 Boost vs Buck
LED驅動芯片常見的控制模式有電流模式 (CM)，COFT（controlled OFF-time）模式， COFT&PCM（peak current mode）模式。TI經典的LED驅動LM3409，TPS92515就是采用COFT控制。相比于電流模式控制，COFT 控制模式不需要環路補償，有利于提高功率密度，同時具有更快的動態響應。
區別于其他控制模式，COFT控制模式的芯片具有單獨的COFF Pin 腳用于關斷時間的設置。本文基于典型的COFT控制的Buck LED驅動芯片，介紹對COFF的外部電路的配置和注意事項。
COFF的基本配置及注意事項
COFT模式的控制原理是當電感電流達到設置的關斷電流大小時，上管關斷，下管導通。此時關斷時間恒定為tOFF。當關斷時間達到tOFF后，上管再次導通。上管關閉后，其將保持恒定時間 (tOFF) 關閉。tOFF 由電路外圍的電容 (COFF) 和輸出電壓 (Vo) 來設定。如圖 2 所示。 由于 ILED 受到嚴格的調節，在變化廣泛的輸入電壓和溫度下， Vo 將保持幾乎恒定，從而產生幾乎恒定的 tOFF，可以利用Vo 來計算tOFF。
圖2. 關斷時間控制電路和 tOFF計算公式
需要注意的是，當選擇的調光方法或者調光電路要求輸出短路時，此時會發生電路無法正常啟動的現象。此時電感電流紋波變大，輸出電壓變得非常低，遠遠小于設定的電壓。當這種故障發生時，電感電流將以最大的關斷時間工作。通常芯片內部設置的最大關斷時間達到200us~300us。此時電感電流和輸出電壓貌似進入了一種打嗝模式，無法正常輸出。圖3所示TPS92515-Q1 在負載采用分流電阻器的時候，電感電流和輸出電壓的異常波形。
圖4所示列舉了三種可能引起以上故障的電路。當調光方式采用Shunt FET，負載選擇分流電阻器，負載是LED開關矩陣電路的時候，都可能會使輸出電壓短路，而導致無法正常啟動。
圖3 TPS92515-Q1電感電流和輸出電壓（ 電阻器負載輸出短路故障）
圖4. 可能引起輸出短路的電路
為了避免這種情況，即使輸出短路的時候，仍需要一路額外的電壓來給COFF進行充電。 VCC/VDD可以用作的并行電源為 COFF 電容充電，保持穩定的關斷時間，并保持恒定的波紋。客戶在設計電路的時候可以在VCC/VDD到COFF之間預留一個電阻ROFF2，如圖5所示，有利于后期調試工作。與此同時，TI芯片的數據手冊通常會根據芯片內部的電路給出具體的ROFF2的計算公式來方便客戶對電阻的選擇。
圖5 SHUNT FET 外接ROFF2的改進電路
以圖3 TPS92515-Q1的短路輸出故障為例，采用圖5的改進方法，在VCC和COFF之間加一個ROFF2 對COFF進行充電。
選擇 ROFF2 分為兩步，第一步是計算輸出采用分流電阻器時所需的關閉時間 (tOFF-Shunt)， 其中VSHUNT 是負載采用分流電阻時的輸出電壓。
第二步是用tOFF-Shunt 來計算ROFF2, 由VCC經ROFF2對COFF充電，計算公式如下。
根據計算選擇合適的ROFF2值(50k Ohm)，在圖3的故障情況下，連接ROFF2 在VCC和COFF之間，此時電路輸出正常。同時需要注意，ROFF2應該比 ROFF1大得多，如果太低， TPS92515-Q1 將會遇到最小的接通時間問題，這將導致電流增加，并可能損壞芯片設備。
圖6 TPS92515-Q1 電感電流和輸出電壓（加ROFF2 后正常）
參考文獻：
視頻資料：Dimming Methods: Analog Dimming
視頻資料：Dimming Methods: Analog Dimming
TPS92515-Q1 數據手冊：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps92515-q1.pdf
LM3409-Q1數據手冊：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3409-q1.pdf
Dimming Techniques for Switched-Mode LED Drivers https://www.ti.com/lit/an/snva605/snva605.pdf
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