150W多串LED驅動器設計

多串LED線路廣泛應用于路燈、洗燈和其他一般照明產(chǎn)品。一般解決驅動多串LED線路的方法是使用多通道線性電流穩(wěn)壓器。使用線性電路的方法后，穩(wěn)壓器就沒有產(chǎn)生電磁干擾的問題了。和使用個別LED驅動器驅動每個LED線路的方法比較起來，多通道解決方案可以提供較好的串對串電流嗜范齲也比較容易檢測與發(fā)現(xiàn)LED線路的故障。線性電流穩(wěn)壓器是一個直流電源輸入裝置，可以是一個交流/直流的轉換器，或是一個直流/直流的轉換器。如果電源是直流電，電壓遠低于LED線路的順向電壓，我們就會使用到升壓轉換器。本文將介紹使用升壓轉換器和線性電流穩(wěn)壓器的4串LED線路、150瓦的LED驅動器。表1所示為其設計的規(guī)格。

電路概述

圖1所示為一個150瓦LED驅動器的方塊圖。由圖可看出其為升壓轉換器使用一個LM3430的控制器，控制器電源來自18～24V的直流系統(tǒng)軌電壓(VRAIL)，用以供應LED線路。LED電流受到一個4通道線性電流穩(wěn)壓器LM3464調(diào)節(jié)。動態(tài)余量控制(Dynamic Headroom Control， DHC)方法會被執(zhí)行以求達到最大的效率。這主要是包含到從LM3464到LM3430的訊號授，為了讓電力損失最小化，LM3430就會適度地調(diào)整系統(tǒng)軌電壓到最小值。在LED電源開啟時，LED的順向電壓因溫度升高而慢慢降低(以分計)并減少運行中的軌電壓，這樣就能夠有效降低電流穩(wěn)壓器的電力損失，也因此提升整體效能。

線性多串LED驅動器

圖2所示為由LM3464執(zhí)行的四通道線性電流穩(wěn)壓器圖解，每個LED線路都是由系統(tǒng)軌電壓供電動，也連接著它相應的線性電流穩(wěn)壓器(1～4通道)。這是由金氧半場效晶體管(Q1～Q4)和一個感測電阻器(RSNS1到RSNS4)所組成。金氧半場效晶體管由LM3464控制，使得感測電阻器上的跨壓因而下降，被調(diào)節(jié)到0.2V，從而調(diào)節(jié)LED電流。

LM3464電路主要設計的元件是授電阻器電路RFB1、RFB2和RDHC，這和VRAIL(nom)的電壓飾VDHC_READY、VLED和VRAIL(peak)有關，如圖3的啟動波形所示。在啟動時，LM3430在LM3464之前啟動，以執(zhí)行升壓轉換器，同時將 VRAIL調(diào)節(jié)至VRAIL(nom)。在這段期間沒有動態(tài)余量控制因為LM3464還沒啟動。其次當CDHC 的電壓(一個電容器從LM3464的CDHC引線連接到地面)到達5.55V時，LM3464將VRAIL提高到VDHC_READY，這是一個高到足以開啟LED線路的電壓。

之后，動態(tài)余量控制就會啟動，將VRAIL調(diào)節(jié)至VLED，能以最小電壓開啟所有LED線路以獲得最大的效率。因此，VRAIL(nom)和VDHC_READY的設計值是參考VLED，足以支援VLED的差異。在本文中，VLED是39V，VRAIL(nom)和VDHC_READY分別被設計成30V和42V。最后，當LM3464的OutP引線連接地面發(fā)生短路時，VRAIL(peak)會產(chǎn)生最大值的VRAIL。VRAIL(peak)也可能是最高的VRAIL，讓升壓轉換器能夠輸出。因此，升壓轉換器必需能夠輸出VRAIL(peak)，而不超過輸出額定電壓。在本文中，VRAIL(peak)是設定在45V，所以額定電壓是50V的輸出電容器都可以使用。

主要元件的設計

下列步驟是主要元件的選擇細節(jié)，包括RFB1、RFB2、RF1、RF2、 RDHC，也涉及VRAIL(nom) 、VDHC_READY、VLED、VRAIL(peak)。

RFB1和RFB2：藉由LM3430透過VDHC接腳流入電流，LM3464提高了VRAIL，直到VLedFB接腳的電壓到達2.5V時，VRAIL會達到42V的VDHC_READY。授電阻器RFB1和RFB2分別被設計成57.6k?和3.65k。

RF1和RF2：當VRAIL(nom)是30V時，從LM3430上FB接腳的電壓會被調(diào)節(jié)至1.25V，而授電阻器RF1和RF2分別被設計成1.91k?和44.2k。

RDHC：RDHC的值可以根據(jù)VRAIL(peak)來定義，在本文中，VRAIL(peak) 是45伏，RDHC是1.7kΩ。

電流偵測電阻器： 流過感測電阻器的電流，電阻器的跨壓時被調(diào)節(jié)成0.2V。在本文中，LED的電流是1A，所以感測電阻器被設計成0.2Ω(=0.2V/1A)。

升壓轉換器

圖4所示為LM3430所執(zhí)行的升壓轉換器圖解，以下是選擇主要元件細節(jié)的說明。

電感器選擇：對于一個24V典型的輸入電壓來說，藉由動態(tài)余量控制的方法能將VRAIL調(diào)節(jié)至VLED為39伏，經(jīng)計算后的輸入電流和負載比率是6.5A和38.5%。常見的選擇有電感器電流波ILripple，是一般電感器電流的30%，就是1.95A。300kHz的開關頻率，即時ton是1.28μs。因此可以得出計算的電感值為15.7μH，標手15μH會被選定。另一方面，當輸入的電壓最小時(18V)，輸入的電流是最大，也就是8.67A?？紤]到效率問題時，實際輸入的電流可能比計算值大很多。我們應該選擇有高飽和電流和低等效串聯(lián)電阻。

金氧半場效晶體管和二極管：金氧半場效晶體管和二極管的額定值視其開啟電流而定，這和輸入電流最大值有關。在150瓦輸出電源的情況下，電源功耗很大，所以需要一個好的散熱器。

輸出電容器和濾波器：輸出電容器控制著升壓轉換器的輸出電壓漣波。這也和調(diào)光期間輸出電壓的暫態(tài)回應有關，應選擇具負載變化的升壓轉換器。這邊選用了470μF的電容器。為了進一步減少軌道電壓的漣波，我們也選用一個2.2μF的陶瓷電容器和一個LC濾波器。當VRAIL(peak) 為45V時，輸出電容器的額定電壓大于50V。最后我們會應用LC濾波器以進一步減少VRAIL的電壓漣波。

補償設計：由R1、C1組成的一個主導極點，和一個內(nèi)部運算放大器被設計成閉路循環(huán)。閉路的直流電增益為40dB，這是高到足以讓VRAIL獲得一個小穩(wěn)態(tài)誤差的狀況。此外，穩(wěn)態(tài)誤差同時可經(jīng)由動態(tài)余量控制達到最小化。截止頻率被設計成5kHz。這是在LED調(diào)光期間，在暫態(tài)負載的情況下所獲得很好的暫態(tài)回應。