LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中升壓轉(zhuǎn)換器的簡單開路保護(hù)

引言

驅(qū)動(dòng)高亮度 LED 的一種方法是對標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)溥M(jìn)行修改，以驅(qū)動(dòng)恒定電流通過負(fù)載。但是，這種實(shí)施方法存在一個(gè)嚴(yán)重問題，因?yàn)?LED 串中出現(xiàn)的開路故障會(huì)移除負(fù)載電流的通路。由于來自轉(zhuǎn)換器(此時(shí)在無反饋情況下工作)的高輸出電壓，這樣可能會(huì)對電路造成潛在損壞。本文為您介紹一種簡單的健壯開路故障保護(hù)方法，其使用一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻器，并且對總效率的影響可以忽略不計(jì)。通過將一個(gè)高壓升壓轉(zhuǎn)換器配置為一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng) 3 支高亮度白光 LED，并在輸出端產(chǎn)生一個(gè)模擬故障狀態(tài)，我們可以驗(yàn)證這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能性。該電路將輸出電壓控制在某個(gè)安全水平，并在受保護(hù)狀態(tài)下減少輸出電流。

典型高亮度 LED 升壓轉(zhuǎn)換器

我們常常對轉(zhuǎn)換器進(jìn)行修改，以在單節(jié)鋰離子(Li-Ion)、堿性及其它應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)高亮度 LED。在這些應(yīng)用中，LED 串的電壓超出了電池或者電源軌電壓。在標(biāo)準(zhǔn)升壓配置結(jié)構(gòu)中，利用一個(gè)分壓器產(chǎn)生電路的反饋電壓 VFB，從而對輸出電壓 VOUT 進(jìn)行監(jiān)控。轉(zhuǎn)換器對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓 VFB 始終都等于片上參考電壓 VREF。這種拓?fù)錇樽赃m應(yīng)型，可用負(fù)載代替反饋分壓器中的上層電阻器，從而保持恒定電流而非恒定電壓，如圖 1 中 LED 串所示。負(fù)載電流依賴于升壓轉(zhuǎn)換器的片上參考電壓，其計(jì)算方法如下：

這種簡單實(shí)施方法存在的一個(gè)嚴(yán)重問題是，LED 串中出現(xiàn)的開路故障會(huì)移除負(fù)載電流的通路。當(dāng)沒有電流流過反饋電阻器 RSET 時(shí)，VFB 被下拉至接地。作為響應(yīng)，升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)盡可能地增加其工作占空比至最大值，目的是在反饋 (FB)針腳上維持正確的電壓。利用理想化的升壓轉(zhuǎn)換器傳輸函數(shù)表明，當(dāng)轉(zhuǎn)換器接近其最大占空比時(shí)，可以產(chǎn)生高輸出電壓 (VOUT)。請思考一個(gè)90%(常用值)典型最大占空比且 5V 輸入的升壓轉(zhuǎn)換器：

轉(zhuǎn)換器輸出端高壓帶來發(fā)生多次故障的可能性。這種電壓可能會(huì)超出內(nèi)部或者外部開關(guān)式器件或者無源組件的額定值。另外，如果在沒有采取保護(hù)措施的情況下操作電路，它還會(huì)給用戶帶來潛在危險(xiǎn)，并可能會(huì)在連接時(shí)損壞負(fù)載。

圖 1 無開路保護(hù) LED 驅(qū)動(dòng)器高壓升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

保護(hù)電路

在出現(xiàn)開路狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電流必須有一條備用通路。盡管將一個(gè)電阻器與 LED 串并聯(lián)可以提供一條通路，但其并不理想，因?yàn)樗鼤?huì)引起巨大的效率損失。替代配置(圖 2)由一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻器組成，可提供足夠的系統(tǒng)保護(hù)，并且效率損失微乎其微。

圖 2 有開路保護(hù) LED 驅(qū)動(dòng)器電路

當(dāng)負(fù)載電流通路被移除時(shí)，輸出電壓上升，直到齊納二極管 ZD1 開啟，同時(shí)電流流經(jīng) RPRO 和 RSET 接地。輸出電流由 RPRO 和 RSET 的串聯(lián)組合決定，因?yàn)?VFB 受到驅(qū)動(dòng)后等于內(nèi)部帶隙參考電壓 VREF。因此，輸出保護(hù)電流默認(rèn)為：