Treiber-IC unterstützt breiten DC-Eingangs- und Ausgangsspannungsbereich

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Die Funktion des Buck-Boost-Controllers

Der Controller zur Demonstration der Buck-Boost-Topologie ist der NCP3063 von ON Semiconductor. Bild 4 zeigt das Blockdiagramm. Der Baustein besteht aus einer 1,25-V-Referenz, einem Komparator, einem Oszillator, einem aktiven Strombegrenzerschaltkreis und einem Ausgangsschalter für hohe Ströme. Im Normalbetrieb ist der NCP3063 ein Hysterese-DC/DC-Wandler, der einen Gated-Oszillator zur Ausgangsspannungsregelung verwendet. Die Spannungsrückkopplung vom Ausgang wird an Pin 5 abgetastet, steuert den Oszillator Ein/Aus und regelt somit den Ausgang.

Die Oszillatorfrequenz und Ausschaltzeit des Ausgangsschalters werden über den für den Timing-Kondensator CT gewählten Wert eingestellt. CT wird im Verhältnis 1:6 über eine interne Stromquelle/-senke geladen und entladen, die eine Stromrampe an Pin 3 zur Verfügung stellt. Die Rampe wird über zwei Komparatoren geregelt, deren Werte 500 mV auseinander liegen. Im Normalbetrieb ist D mit 6/7 oder 0,86 festgelegt. Der „Gated-Oszillator“-Modus dient zum Schutz der LED-Anordnung, falls eine LED als „offen“ ausfällt. Eine Zenerdiode zwischen Vout und Pin 5 legt den Ausgang auf einer Spannung VZ + 1,25 V fest.

Der NCP3063 lässt sich auch als herkömmlicher PWM-Controller betreiben, indem Strom an den CT-Pin angelegt wird. Der Steuerstrom kann von der Eingangsquelle (Spannungssteuerung über R5) oder über R6 vom Ausgangsstrom-Abtastschaltkreis bereitgestellt werden. In beiden Fällen sorgt die Steigung der Oszillator-Rampenänderungen für eine Variation des D-Wertes. In Bild 1 ist der Strommesswiderstand R9 in Serie zu Vout geschaltet, um die Abtastanforderungen auf der High Side zu erfüllen. Die Bandlückenreferenz U3 bildet zusammen mit den Dual-NPN-Transistoren Q4a,b und R13, R14 zwei gleichwertige Stromsenken.

Einstellen der Stromrückkopplung

Falls U3 eine 1,25-V-Bandlücke bildet und R13, R14 gleich 1,24 kΩ (1%) betragen, entstehen zwei 1-mA-Stromsenken. Die Widerstände R10, R11 verschieben das Stromabtastsignal IOUT·R9, um die Eingangsanforderungen von U2 zu erfüllen. Um eine 210-mV-Referenz für die Stromrückkopplung zu erstellen, muss der Wert 1 mA · (R10-R11) = 210 mV erfüllt sein. R10 muss daher um 210 Ω größer sein als R11. Die Stromregelung wird durch die Gleichung Iout · R9 = 210 mV eingestellt.

Falls R9 = 0,6 Ω ist, beträgt der eingestellte Strom 350 mA. Der Unterschied zwischen dem gesetzten 210-mV-Wert und der Stromerfassung wird durch U2 verstärkt, um eine Fehlerspannung zu erstellen. Diese Fehlerspannung und R6 stellen am CT-Pin einen programmierten Strom bereit, der den LED-Strom regelt.

Da der Wandler mit 200 kHz schaltet, bieten MLCC-Kondensatoren im SMD-Gehäuse eine kosteneffiziente Filterung. MLCC-Kondensatoren mit niedriger Kapazität (10 μF) haben kleine ESR- (2 mΩ) und ESL-Werte (100 nH). In einfacher oder paralleler Anordnung stellen sie einen „idealen“ Kondensator dar. Brummspannung entsteht nur beim Laden und Entladen des Kondensators durch die Induktivität. Zwei 10-μF-/1210-Kondensatoren werden über dem Eingang und Ausgang des Treibers eingebracht. Die Brummspannung über dem Eingangskondensator entspricht = D·TS·ΔIL1/Cin. Die Brummspannung über dem Ausgangskondensator ist gegeben durch (1-D)·TS·ΔIL1/Cout.

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