LED背光SEPIC驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)
概述
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/165613.htm該參考設(shè)計(jì)用于12英寸TFT顯示器的LED背光驅(qū)動(dòng)。輸入電氣要求和輸出特性如下:
VIN (電源):
16V (1092mA)至36V (476mA);可承受50V瞬態(tài)電壓 VBIAS:
3.3V (50mA) PWMIN:
250Hz脈沖串;1µs (最小值)脈沖;0mA時(shí)大于3.1V;10mA時(shí)小于0.3V VLED配置:
8只LED (2.9V至3.75V)串聯(lián)(31V,最大值);8串并聯(lián),每串電流可達(dá)70mA
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圖1. MAX16809驅(qū)動(dòng)器電路板
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圖2. 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)原理圖
電路簡(jiǎn)述
該參考設(shè)計(jì)采用MAX16809作為SEPIC電源和16通道LED驅(qū)動(dòng)器的主控制器。16個(gè)通道以每對(duì)為一組,驅(qū)動(dòng)8路并聯(lián)的LED串。SEPIC電源允許輸入電壓大于或小于輸出電壓,這種拓?fù)浞浅_m合汽車(chē)環(huán)境下的LED應(yīng)用,因?yàn)檫@種環(huán)境下輸入、輸出電壓波動(dòng)較大。SEPIC電源工作在200kHz頻率,速率足以滿足選擇小尺寸功率元件的需求,而且,這樣的開(kāi)關(guān)頻率也不會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)MOSFET過(guò)熱。耦合電感L1由Coilcraft®生產(chǎn),提供SEPIC電源所需的初級(jí)和次級(jí)電感。由于使用耦合電感結(jié)構(gòu),與采用兩個(gè)分離電感的方案相比,該設(shè)計(jì)中的電感值可以減小一半。
PCB已更改為使用含鉛的低ESR電解電容。當(dāng)PWM信號(hào)關(guān)閉負(fù)載使其電流為零時(shí),這些電容用來(lái)吸收電源的電感能量。LED串的輸出電壓可通過(guò)兩個(gè)8引腳連接器提供:VLED+靠近連接器外側(cè),VLED-靠近連接器內(nèi)側(cè)。必要時(shí)可以使用所提供的輸出濾波電容焊盤(pán);本設(shè)計(jì)中沒(méi)有安裝這些電容。Q2-D2-R8電路為電流模式PWM控制器提供了斜率補(bǔ)償。該電路跟隨RTCT電壓波動(dòng),向R7注入電流,從而產(chǎn)生斜坡電壓,防止在占空比超過(guò)50%時(shí)(當(dāng)輸入電壓較低時(shí))導(dǎo)致控制器諧波振蕩。
SEPIC反饋路徑分兩種模式:自適應(yīng)和靜止。自適應(yīng)模式(當(dāng)PWM信號(hào)為高時(shí))下將產(chǎn)生“二極管或”輸出,從而使最低驅(qū)動(dòng)器電壓(最大LED串聯(lián)壓降)被調(diào)整到大約700mV,為保證LED驅(qū)動(dòng)器正常工作提供足夠裕量。其它LED串具有較低的串聯(lián)壓降,所以這些驅(qū)動(dòng)器具有更大裕量。自適應(yīng)模式把由線性LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的功耗降至最低。該模式下,當(dāng)LED的絕對(duì)正向?qū)妷翰惶珖?yán)格時(shí),LED之間正向?qū)妷旱南鄬?duì)誤差應(yīng)控制在200mV以內(nèi)。為改善散熱,MAX16809必須與大面積覆銅層之間有良好的導(dǎo)熱通道,可通過(guò)封裝裸焊盤(pán)下方的過(guò)孔實(shí)現(xiàn)散熱。該參考板中利用底層的地平面為IC散熱,如果使用面積更大的多層地平面,散熱效果會(huì)更好。
靜止模式下(PWM信號(hào)為低),按照與傳統(tǒng)電源類(lèi)似的方式調(diào)整VLED,電壓上升至在很短的脈沖內(nèi)保證工作的電壓值。因?yàn)殡娫创艌?chǎng)無(wú)法在很短的脈沖內(nèi)快速建立足夠的儲(chǔ)能,所有能量必須由輸出電容提供。靜止模式必須保證這些電容能夠充電達(dá)到足夠的儲(chǔ)能,在電感響應(yīng)之前維持足夠的能量。
齊納二極管D10為電路提供過(guò)壓保護(hù),如果一串LED斷開(kāi),自適應(yīng)電壓控制將嘗試提高VLED以滿足700mV的要求。D10將最高輸出電壓限制在35.5V。雖然該高壓不會(huì)損壞電路,但LED驅(qū)動(dòng)器的功耗可能導(dǎo)致MAX16809過(guò)熱。芯片內(nèi)部電路將關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器,直到溫度下降到適當(dāng)值,這會(huì)導(dǎo)致LED閃爍。
通過(guò)R5 (511Ω)將LED驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置在35mA,如果將兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)驅(qū)動(dòng)一串LED,則每串的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到70mA。
施密特反相觸發(fā)器U2配置成振蕩器,為MAX16809的SPI輸入提供時(shí)鐘。由于DIN接高電平,將向內(nèi)部寄存器輸入一串“1”,開(kāi)啟所有LED驅(qū)動(dòng)器。U2還用于對(duì)PWM信號(hào)反相轉(zhuǎn)換,以滿足MAX16809的OE#輸入要求。
Q3-D11-R16電路預(yù)先調(diào)整MAX16809 PWM控制器的輸入電源。簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓器可以將輸入電壓降至12V,適合IC的工作電壓以及MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)。LED驅(qū)動(dòng)器輸入(V+)需要外接3.3V電源(原PCB的替換方案)。LED驅(qū)動(dòng)器的最大驅(qū)動(dòng)電流為50mA。
性能測(cè)試和結(jié)果
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圖3. VIN = 18V、VIN = 36V時(shí)的MOSFET電流和電壓
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圖4. 1µs脈沖和2ms脈沖VLED,VLED在靜止模式和自適應(yīng)模式下交替轉(zhuǎn)換
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圖5. 1.5ms和3.5ms脈沖的LED驅(qū)動(dòng)器電壓、VLED電壓和MOSFET電流,VLED進(jìn)入自適應(yīng)模式之前LED驅(qū)動(dòng)器電壓保持高電平
溫度測(cè)量
以下溫度參數(shù)采用8個(gè)400Ω電阻作為負(fù)載測(cè)量得到:
VIN
Ambient
16VDC TU1 TQ1 TL1 TQ3 TD1
+20°C +59°C +56°C +65°C +46°C +60°C
VIN
Ambient
36VDC TU1 TQ1 TL1 TQ3 TD1
+20°C +54°C +48°C +61°C +57°C +56°C
評(píng)論