用于為長串LED提供高壓boost電流源的驅(qū)動方案

圖11. LED電壓(交流耦合)和MOSFET檢流電壓

圖12. 大約150μs的調(diào)光脈沖

圖13. 大約50μs的調(diào)光脈沖

圖14. LED串開路OVP

圖15. 預(yù)測電感的溫升。計(jì)算器來自Coilcraft?提供的設(shè)計(jì)支持工具。電路說明

本設(shè)計(jì)采用24V輸入，可提供高達(dá)75V的LED驅(qū)動輸出，可驅(qū)動1.5A LED燈串(或多串并聯(lián))。測量到的輸入功率為115.49W，輸出功率為111.6W，具有96.6%的效率。

PCB

MAX16834 boost設(shè)計(jì)的印制電路板(PCB)采用通用的兩層板(圖1和圖3)。有些PCB功能要求為可選項(xiàng)，測試時并沒有組裝這些電路，原理圖(圖2)中將其標(biāo)注為“no-pop”。電路板在IC下方布設(shè)接地島，通過單點(diǎn)連接至功率地，以確保低噪聲特性。由于很多路燈生產(chǎn)廠商沒有適當(dāng)焊接設(shè)備焊接其它形式的封裝，例如TQFN封裝，因此本設(shè)計(jì)采用了TSSOP封裝IC。圖4給出本設(shè)計(jì)的材料清單。

拓?fù)?/strong>

設(shè)計(jì)采用工作在200kHz連續(xù)模式的boost調(diào)節(jié)器。圖5所示表格給出了MOSFET和電感的RMS電流和峰值電流。連續(xù)模式設(shè)計(jì)能夠保持較小的MOSFET電流和電感電流。然而，由于MOSFET (Q1)導(dǎo)通期間電流流過輸出二極管(D2)，輸出二極管的反向恢復(fù)損耗較大，并可能導(dǎo)致更大的關(guān)斷噪聲。從圖6電路波形可以看出，占空比為69%時，MOSFET的導(dǎo)通時間大約為3.4μs，關(guān)斷時間大約為1.5μs。一旦MOSFET關(guān)斷，漏極電壓將上升到輸出電壓與肖特基二極管壓降之和。

MOSFET驅(qū)動

由于采用連續(xù)模式設(shè)計(jì)，MOSFET和電感峰值電流低于工作在非連續(xù)模式下的數(shù)值。但是，由于在導(dǎo)通和關(guān)斷期間都有電流流過MOSFET，MOSFET在兩次轉(zhuǎn)換期間存在較大的開關(guān)損耗。MAX16834以足夠強(qiáng)的驅(qū)動能力使MOSFET在5ns內(nèi)完全導(dǎo)通，在10ns內(nèi)完全關(guān)斷(圖8和圖9)，保持較低的溫升。如果設(shè)計(jì)中存在EMI問題，則改變MOSFET柵極的串聯(lián)電阻R5，以調(diào)整開關(guān)時間。如果這一變化引起功耗過大，可以增加另一個MOSFET Q2，與Q1并聯(lián)，以降低溫升。

輸出電容

驅(qū)動器的輸入和輸出電容可以采用陶瓷電容。陶瓷電容具有更小尺寸，工作更可靠，但容值有限，尤其是在設(shè)計(jì)中要求200V的額定電壓。圖5中，設(shè)計(jì)表格顯示驅(qū)動器需要一個5.4μF電容以滿足輸出紋波電壓的要求;為降低成本和空間，本電路采用4個1.2μF電容(共4.8μF)。輸出電壓開關(guān)紋波為2.88V (圖10和圖11)，紋波電流為182mA，是輸出電流的12%，略大于10%目標(biāo)參數(shù)，但仍然能夠滿足要求。調(diào)光

MAX16834提供很好的調(diào)光。當(dāng)PWMDIM (第12引腳)為低電平時，將發(fā)生三個動作：第一，開關(guān)MOSFET Q1的柵極驅(qū)動(NDRV，第15引腳)變?yōu)榈碗娖?，避免額外的能量傳送到LED串;第二，調(diào)光MOSFET Q4的柵極驅(qū)動(DIMOUT，第20引腳)變?yōu)榈碗娖?，降低LED串電流并保持輸出電容電壓固定;最后，為保持補(bǔ)償電容處于穩(wěn)態(tài)電壓，COMP (第5引腳)變?yōu)楦咦钁B(tài)，以確保IC在PWMDIM返回高電平時立即以正確的占空比啟動。每個動作都允許極短的PWM導(dǎo)通時間，因此可提供較高的調(diào)光比。

縮短導(dǎo)通時間主要受限于電感的充電時間，參見圖12和圖13，可以看到電流能夠很好地跟隨DIM脈沖。在電流脈沖的起始位置有衰減，主要是由于電感電流的爬升(大約12μs或2–3個開關(guān)周期)。觀察波形，可以看出需要大約40μs至50μs的時間電壓才能完全恢復(fù)并建立。如果DIM導(dǎo)通脈沖小于50μs，輸出電壓將在下個關(guān)斷脈沖的起始處沒有足夠的時間。在提高DIM占空比之前，將一直持續(xù)這種現(xiàn)象。因此，滿載(1.5A)時，DIM導(dǎo)通脈沖不應(yīng)低于50μs。這意味著100Hz DIM頻率下，調(diào)光比為200:1。降低最小導(dǎo)通脈沖的唯一途徑是提高輸出電容，這將提高系統(tǒng)的成本，而且在通用照明中并不需要。如果降低LED電流，最小導(dǎo)通時間可隨之降低，調(diào)光比增大。陶瓷電容表現(xiàn)為壓電效應(yīng)，調(diào)光期間會出現(xiàn)一定的音頻噪聲。不過，通過適當(dāng)電路板布局，可以最大程度地降低噪聲。