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

我們?yōu)辇R納二極管選擇一個電壓，以使正常電路工作期間沒有電流流經(jīng)它。為了確保該二極管在正常運行期間完全關(guān)閉，所選電壓應(yīng)至少高于最大負載電壓 2V，但小于升壓轉(zhuǎn)換器的規(guī)定最大輸出電壓。這樣，電路設(shè)計人員便不會經(jīng)常被迫增加輸出電容器 C2 和 C3 以及箝位二極管 SD1 的額定電壓。輸出電壓被控制為齊納二極管電壓與參考電壓的和：

通過平衡電路保護期間的 LED 電流感應(yīng)誤差和功耗來選擇 RPRO 值。實際上，RPRO 的值應(yīng)盡可能地大，以最小化齊納二極管的功耗：

進入電路的誤差，由齊納二極管的漏電流IZL以及升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部誤差放大器的偏置電流 IFB 所引起。方程式 6 是一個經(jīng)過修改的傳輸函數(shù)，其包括了這些誤差：

由于這兩種電流一般都小于 1 µA，因此引起的誤差非常小，在大多數(shù)實現(xiàn)中均可以忽略不計。

演示論證

作為一個應(yīng)用舉例，TI TPS61170 升壓轉(zhuǎn)換器 IC 被配置為一個恒定電流 LED驅(qū)動器。在諸如背光照明或者手電筒等應(yīng)用中，它是驅(qū)動高亮度LED串的理想升壓轉(zhuǎn)換器。3V-18V 輸入范圍允許使用較寬的電源范圍，例如：2S 到 4S 鋰離子或者 3S 到 12S 堿性電池組、USB 或者 12V 電源軌。

圖 3 保護電路激活示波器截屏

升壓轉(zhuǎn)換器經(jīng)過配置，用于驅(qū)動 3 支高亮度白光 LED(260 mA)。典型參考電壓為 1.229 V 時，將簡化的負載電流用于方程式7中，計算得到RSET：

我們選用1mA值作為保護電流(IPRO)，以計算RPRO值：

我們?yōu)?ZD1 選擇一個 15V 齊納二極管，以表現(xiàn)約 10V 預(yù)計負載電壓時的最小漏電流，同時還將輸出控制在遠低于升壓轉(zhuǎn)換器最大允許輸出電壓 (40V) 的某個值。輸出電壓被控制在齊納二極管電壓 (VZD1)，其與轉(zhuǎn)換器參考電壓的和為：

利用選擇的負載電流和保護電阻器，計算與預(yù)期負載電流的偏差(參見下列方程式 10)。數(shù)據(jù)表值200 nA用于反饋偏置電流 (IFB)，1 µA 值則用于預(yù)計的齊納二極管漏電流，VOUT 約為 10V。

電路的目標(biāo)負載電流為 260 mA。正如我們所看到的那樣，一旦組件理論值被方程式 10中的有效值代替，它們引起的誤差將遠多于保護電路本身帶來的誤差。

為了測試保護電路的運行情況，我們使用一個 38 的電阻器十進位箱代替 LED 串，目的是模擬設(shè)計負載電流下 LED 串的電壓。通過快速地將負載電阻從 38 改變?yōu)?1038，可以模擬一次開路故障。如圖3所示，這種輸出電流變化(綠色線條)表明了負載阻抗的突然變化。為了進行補償，TPS61170 輸出電壓(黃色線條)上升，以重新達到設(shè)計負載電流。但是，這種變化不會始終如此，直到達到其最大占空比，輸出電壓穩(wěn)定在了約 16V 的箝位電壓。

結(jié)論

我們?yōu)槟榻B了一種給配置為恒定電流 LED 驅(qū)動器的升壓轉(zhuǎn)換器提供開路保護的簡單方法。這種電路由一個齊納二極管和一個附加電阻器組成，其將輸出電壓限制在一個安全水平，同時在負載出現(xiàn)開路故障時降低輸出電流。另外，這種方法給負載電流計算過程帶來了一些誤差，并使正常電路運行期間的效率稍有降低，但這些影響都可以忽略不計。將一個升壓轉(zhuǎn)換器配置為一個 LED 驅(qū)動器，并添加一個 15V 齊納二極管和一個 1.2k 電阻器，用于輸出保護。這樣便演示論證了這種保護電路的功能性。該演示論證電路在模擬負載故障狀態(tài)下的輸出表現(xiàn)符合我們的預(yù)期。