COFT控制模式的Buck LED驱动芯片中COFF的配置和注意事项
led驱动芯片简介
随着汽车电子行业的快速发展，具有宽输入电压范围的高密度led驱动芯片，被广泛应用于汽车类照明，包括车外前部和尾部照明、内部照明和显示屏背光照明。
led驱动芯片按照调光方式可以分为模拟调光和pwm调光。模拟调光相对简单，pwm 调光相对复杂，但线性调光范围比模拟调光更大。led驱动芯片作为一类电源管理芯片，其拓扑主要有buck 和boost。buck电路的输出电流连续使其输出电流的纹波更小，要求的输出电容更小，更有利于实现电路的高功率密度。
图1 输出电流 boost vs buck
led驱动芯片常见的控制模式有电流模式 (cm)，coft（controlled off-time）模式， coft&pcm（peak current mode）模式。ti经典的led驱动lm3409，tps92515就是采用coft控制。相比于电流模式控制，coft 控制模式不需要环路补偿，有利于提高功率密度，同时具有更快的动态响应。
区别于其他控制模式，coft控制模式的芯片具有单独的coff pin 脚用于关断时间的设置。本文基于典型的coft控制的buck led驱动芯片，介绍对coff的外部电路的配置和注意事项。
coff的基本配置及注意事项
coft模式的控制原理是当电感电流达到设置的关断电流大小时，上管关断，下管导通。此时关断时间恒定为toff。当关断时间达到toff后，上管再次导通。上管关闭后，其将保持恒定时间 (toff) 关闭。toff 由电路外围的电容 (coff) 和输出电压 (vo) 来设定。如图 2 所示。 由于 iled 受到严格的调节，在变化广泛的输入电压和温度下， vo 将保持几乎恒定，从而产生几乎恒定的 toff，可以利用vo 来计算toff。
图2. 关断时间控制电路和 toff计算公式
需要注意的是，当选择的调光方法或者调光电路要求输出短路时，此时会发生电路无法正常启动的现象。此时电感电流纹波变大，输出电压变得非常低，远远小于设定的电压。当这种故障发生时，电感电流将以最大的关断时间工作。通常芯片内部设置的最大关断时间达到200us~300us。此时电感电流和输出电压貌似进入了一种打嗝模式，无法正常输出。图3所示tps92515-q1 在负载采用分流电阻器的时候，电感电流和输出电压的异常波形。
图4所示列举了三种可能引起以上故障的电路。当调光方式采用shunt fet，负载选择分流电阻器，负载是led开关矩阵电路的时候，都可能会使输出电压短路，而导致无法正常启动。
图3 tps92515-q1电感电流和输出电压（ 电阻器负载输出短路故障）
图4. 可能引起输出短路的电路
为了避免这种情况，即使输出短路的时候，仍需要一路额外的电压来给coff进行充电。 vcc/vdd可以用作的并行电源为 coff 电容充电，保持稳定的关断时间，并保持恒定的波纹。客户在设计电路的时候可以在vcc/vdd到coff之间预留一个电阻roff2，如图5所示，有利于后期调试工作。与此同时，ti芯片的数据手册通常会根据芯片内部的电路给出具体的roff2的计算公式来方便客户对电阻的选择。
图5 shunt fet 外接roff2的改进电路
以图3 tps92515-q1的短路输出故障为例，采用图5的改进方法，在vcc和coff之间加一个roff2 对coff进行充电。
选择 roff2 分为两步，第一步是计算输出采用分流电阻器时所需的关闭时间 (toff-shunt)， 其中vshunt 是负载采用分流电阻时的输出电压。
第二步是用toff-shunt 来计算roff2, 由vcc经roff2对coff充电，计算公式如下。
根据计算选择合适的roff2值(50k ohm)，在图3的故障情况下，连接roff2 在vcc和coff之间，此时电路输出正常。同时需要注意，roff2应该比 roff1大得多，如果太低， tps92515-q1 将会遇到最小的接通时间问题，这将导致电流增加，并可能损坏芯片设备。
图6 tps92515-q1 电感电流和输出电压（加roff2 后正常）
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图5 shunt fet 外接roff2的改进电路
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