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[参考译文] TIDA-01081:电感器放电的必要性

Guru**** 2513185 points
Other Parts Discussed in Thread: TPS92518, TPS92520-Q1, TIDA-01081, TPS92515

请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/tools/simulation-hardware-system-design-tools-group/sim-hw-system-design/f/simulation-hardware-system-design-tools-forum/933627/tida-01081-necessity-of-inductor-discharging

器件型号:TIDA-01081
主题中讨论的其他器件:TPS92518TPS92520-Q1TPS92515

您好!

我想讨论电感器放电的必要性、因为我考虑使用 TPS92520-Q1和 TPS92518生成短 LED 脉冲、因此、我正在查看此参考设计。

假设我们希望 ILED=1A、为什么在没有电感器放电的情况下分流调光不够。 我读出电感器放电是为了缩短 LED 上升/下降时间。 我了解将电感器预充电至1A 的要点、但您为什么要对其放电? 下次您想生成脉冲时、电感器电流已经接近1A 是否很方便? 实际上、我认为 ILED 在短接时的上升时间会快得多、因为电感器在 QSHIFT_LED 关闭时已经偏置在1A 附近。

此参考设计是否旨在与 ILED 的快速自变量值配合使用? (因为我可以更好地理解在本例中的原因)

从我看到的情况来看、每次电感器放电时、它都需要充电、这在一定程度上进一步限制了 LED 开关频率、不是吗?

谢谢

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Yannick、

    TIDA-01081的目标是演示如何生成具有高脉冲重复率(高达10kHz、每100us 生成一个脉冲)的短 LED 脉冲(短至200ns)。 脉冲越长(LED 电流越低、持续亮起)、脉冲重复率也就越低。 对于这种宽松的要求、传统的并联调光甚至 PWM 调光都可以实现这一功能。

    传统的并联调光足以实现 LED 电流的快速上升/下降时间、但对于包含 LED 降压转换器非整数倍开关周期的 LED 脉冲、实际平均 LED 电流与设定的平均 LED 电流之间存在固有偏差。

    示例:LED 平均电流设置为200mA,纹波为200map-p,瞬时电流可以在100mA 至300mA 之间。 200ns 的短 LED 脉冲仅是 TPS92515 600kHz 开关频率的单周期的12%。 LED 电流可能会从100mA 的电感器谷值电流上升、但也可能会从300mA 的电感器峰值电流下降、或者可能从两者之间的任何值开始。 除非 LED 降压转换器的开关与 TIDA-01081实现的 LED 脉冲启动触发同步、否则无法使用这种通用方法预测 LED 的实际平均电流(该脉冲的超短脉冲)–任何 LED 脉冲都会启动 (非常接近–请参阅用户指南中的图27)从峰值中删除了:例如、从300mA 到200mA 平均设置、从2.5A 到2.4A 平均设置。

    此电流峰值在状态1期间由 LED 降压转换器控制。 它是启用后生成的第一个开关脉冲(BUCK_ON)。 第1个脉冲的时间不能短于 TPS92515数据表中给出的最短导通时间(tLEB)。 如果电感器电流从零到前 LED 脉冲峰值电流之间的某个位置开始、则可能会超出最短导通时间、并且电感器电流可能会上升到比目标电流更高的电流。 因此、我们的想法是在任何 LED 脉冲之后将电感器电流放电至零。 这种放电需要快速完成、尤其是在高 LED 脉冲重复率下。 假设您具有20us 的脉冲和10kHz 的重复率–那么电感器需要在100us–20us–10us = 70us 内放电。 公式中的10us 是 TIDA-01081的触发延迟时间。

    电感器最坏的放电时间是(L x ILpk)/VL。 100uH 电感器与2.5Apk 电感器电流和电感器上的0.25V 电压相结合,使用传统分流方法将电感器放电至2.0A 所需的1ms 时间。 这只是通过一个 FET 将 LED 短接、在打开时、FET 上的(大)电压为0.25V。 很明显,这不允许高重复率。 这就是在放电路径中使用第二个 FET 以及额外的电阻器和二极管的原因,这些电阻器和二极管只是增加电感器上的电压,从而使电感器的放电速度快得多。

    是的、该参考设计还能够生成连续的 LED 脉冲、每个脉冲具有不同的电流、请参阅附件。

    此致

    BERT

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    非常感谢@T Ü V BertW 提供的高质量答案、我现在更好地理解了。 我还有几个问题要问你。

    我不清楚从状态1 (到2)到状态3的转换是如何发生的(即使在阅读了文档的大部分内容之后)、基本上您如何知道在电感器达到峰值电流后何时启用 LED? 您是否在 MCU 中有固定的时间来估算此时间? 我在电感器上看到一个比较器(U33)、以检查是否存在过压?

    为什么不使用 SW 引脚作为时钟来触发降压转换从开到关的 LED ON (从而在该时钟的下降沿触发、指示电流已达到其峰值 (AFAIK 降压稳压器根据达到的峰值电流进行调节)。 这样、降压电感器就不需要放电、因此可以保持稳定状态(假设需要恒定电流)。 当然、会发生闪存延迟(但不会太长)。

    您链接的多个电流脉冲图像很有趣。 您是否只需在每次新的闪存触发时向 DAC 发送新的电流值(使用模拟调光功能)? 或者还有其他好处吗?

    很抱歉询问所有这些问题、询问这些杂项所花的时间要少很多。 直接向您提出问题。 我知道整个设计都有很好的文档记录。 更重要的是、它是一个文本墙。

  • 请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

    您好、Yannick、

    只需澄清一下:所选方法的目的是启动任何非常接近峰值电流的 LED 脉冲–这是第一状态3的开始。 为此、电感器电流需要斜升至其峰值电流–这是状态1的末尾。 状态1期间的斜升时间取决于降压电感器上的电压、所需的电感器峰值电流和电感器的电感值(t=ILpeak x L / VL)。 电压和电感可被视为恒定的–但具有容差–但在该特定设计中、ILPEAK 可能会有所不同、从300mA (对于200mA ILEDavg)到2.5A (对于2.4A ILEDavg)。
    我们的设计具有 MCU 控制的10us 固定触发延迟时间、即触发脉冲(图27中的上部波形)和 LED 脉冲启动(第1个状态开始3)之间的延迟时间、以确保电感器电流在所有容差条件下都可以从零斜升至2.5A。
    状态1 (与触发器相关)的开始时间也由 MCU 提供、等于触发延迟时间减去状态1 (在特定所需 ILPEAK 时)所需的(基于容差的最坏情况下最大值)时间。 因此、2.5A ILPEAK 的启动时间非常短、但300mA ILPEAK 的启动时间很长。 由于 IL 的上升时间通常短于基于最坏情况最大容差的时间、因此在状态1结束和第一状态3开始之间还有一些(非控制)时间。 这是状态2。 在该状态2下,LED 仍然完全缩短,电感器上产生的电压(VL)等于降压转换器续流二极管的正向电压,因此非常低(约数百 mV)。 由于 VL 较低、因此在该状态2期间电感器电流的下降非常小、在大多数情况下可以忽略不计。

    是的,U33会监视降压转换器的输出是否存在过压事件,这也会检测 LED 灯串中断开的 LED 板或断开的 LED。 将立即禁用 BUCK、并生成错误信号 BUCK_VUT_OV。 需要对该信号进行复位以重新启动正常操作。

    使用 BUCK 的 SW 引脚表示 IL 上升到其峰值听起来很明显,但不能轻易地确保始终有10us 的触发延迟时间。 这是由于电感容差造成的。
    我们不能选择连续操作降压转换器并仅使用标准的 LED 分流控制方式。 分流 FET 几乎没有功率耗散,但目标平均电流(2.4A)仍将持续流经电感器,并交替流经降压转换器的内部高侧开关及其外部续流二极管,请 参阅 TPS92515数据表的图15。

    是的、我们只需在每个新的 LED 脉冲之前向 DAC 发送一个新的所需峰值电流值(使用模拟调光功能)、以获取多电流脉冲图像。