浅析低边Buck型LED驱动电路

　　对于LED照明的恒流应用，如果对隔离没有要求，并且输出电流不大的话，那么Buck型结构应该是性价比最好的选择。首先，同等的功率级别以及输入输出规格下，Buck型电路中开关管的电压应力是最小的，实际承受的最大电压即输入直流母线电压，因此500V耐压的开关管即可满足通用输入范围的要求。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，希望大家能够帮忙补充。

　　Buck型电路用于LED驱动我接触最早的应该是HV9910，这是一个简单的峰值电流模式PWM控制器，论坛曾有很多前辈讨论它的是非。个人认为，这个IC算是过时了，为了保证较好的电流精度，对输入输出的变化范围以及电感量的精度都有严格的要求。这次的帖子我打算以我接触过的两个用的比较多的 IC来讨论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，这里仅作为技术交流，不涉及广告成分。

　　上图我简单画了下几种常见的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。所以可以想象，为什么一片高低边驱动器价格动辄好几块钱。

　　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，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

　　如果要恒流，只要将电感的峰值电流和谷值电流定死就行。如下图，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

　　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。

　　怎么办？先看一下下面这个图。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。