采用MAX16834設(shè)計白光LED驅(qū)動器

該參考設(shè)計中，buck-boost轉(zhuǎn)換器(以輸入電壓為參考)從7V至18V直流電源產(chǎn)生驅(qū)動4個白光LED (Wled)的350mA電流，設(shè)計采用MAX16834電流模式高亮度(HB) LED驅(qū)動器。

　　LED驅(qū)動器規(guī)范

　　輸入電壓：7V至18V
　　輸入電壓紋波：100mVP-P
　　LED電流：350mA
　　LED電流紋波：5% (最大值)
　　LED正向電壓：3.5V (350mA時)
　　LED數(shù)量：4只(最大值)
　　輸出過壓保護：17.2V

　　輸入端

　　VIN、PGND：電源輸入
　　PWMDIM、SGND：PWM調(diào)光輸入

　　輸出端

　　LED+：連接LED陽極至LED+
　　LED-：連接LED陰極至LED-

圖2. LED驅(qū)動器原理圖

元件列表* (材料清單BOM)

詳細說明

　　將boost轉(zhuǎn)換器輸出負端連接到輸入電源正端，構(gòu)成buck-boost轉(zhuǎn)換器(以輸入電壓為參考)。

　　在此設(shè)計一款buck-boost轉(zhuǎn)換器(以輸入電壓為參考)，從7V至18V直流電源產(chǎn)生350mA電流，驅(qū)動4個白光LED (WLED) (每個WLED在350mA時的正向壓降為3.5V)。MAX16834 HB LED驅(qū)動器集成了峰值電流模式控制器，工作于CCM (連續(xù)導(dǎo)通模式)，開關(guān)頻率為495kHz。開關(guān)頻率通過R15電阻(11kΩ)設(shè)置。

　　輸入、輸出電壓變化時，MAX16834控制電感的峰值電流，保證LED的電流為350mA。檢測LED回路的電流檢測電阻兩端的電壓，然后將其在內(nèi)部放大9.9倍，這樣可以減小檢測電阻的阻值，從而提高效率。經(jīng)過放大的電壓與R16和R17設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進行比較，其差值由一個GM = 500micro;S的跨導(dǎo)放大器進行放大，輸出信號在COMP引腳產(chǎn)生控制電壓，此電壓設(shè)置電流環(huán)路的基準(zhǔn)，這樣，電感電流檢測電阻R9兩端的電壓峰值最終成為此控制電壓。

　　轉(zhuǎn)換器設(shè)計

　　轉(zhuǎn)換器設(shè)計參數(shù)如下：
　　輸入電壓范圍：7V至18V
　　輸入電壓紋波：100mVP-P
　　LED正向最大電壓：14V (即4 x 3.5V)
　　LED電流：350mA
　　LED電流紋波：5% (最大值)
　　開關(guān)頻率：455kHz
　　按照式1計算N2的最大占空比：

　　其中，VLEDMAX是LED最大電壓，VINMIN是最低輸入電壓，VD是二極管壓降，VDS是FET開關(guān)導(dǎo)通時的平均壓降。

　　本應(yīng)用中，DMAX為0.69。

　　電感(L1)選擇

　　選擇電感，需要知道其電感量和峰值電流。峰值電感電流可用式2計算：

　　其中，ILAVG為平均電感電流，ΔIL為電感電流紋波，表示為平均電感電流的百分比：

　　允許電流紋波ΔIL為30%，代入已知參數(shù)，可以得到：

　　最小電感量可由式5計算：

　　其中，fSW為開關(guān)頻率。考慮到20%的容差，可得LMIN = 17μH，此處選擇22μH電感。

　 開關(guān)檢流電阻(R9)

　　正常工作時，開關(guān)檢流電阻兩端的電壓最大值不應(yīng)高于250mV，如果檢流電阻的電壓達到300mV (典型值)，轉(zhuǎn)換器將關(guān)斷。R9上的電壓決定了開關(guān)周期中導(dǎo)通脈沖的寬度，芯片內(nèi)部提供了前沿屏蔽電路，可防止開關(guān)MOSFET提前關(guān)斷。R9的計算如式6所示：

　　計算得到：R9 = 0.133Ω，這里R9選擇0.15Ω。

　　斜率補償電容(C13)

　　眾所周知，在峰值電流模式控制中，CCM boost轉(zhuǎn)換器的占空比超過50%時環(huán)路將出現(xiàn)不穩(wěn)定，需要引入適當(dāng)?shù)男甭恃a償，以消除由諧波分量引起的不穩(wěn)定性。MAX16834具有內(nèi)部斜坡發(fā)生器，用于斜率補償。在每個開關(guān)周期開始時，斜坡電壓復(fù)位，然后按外部電容C13設(shè)定的速率上升，C13由內(nèi)部的100μA電流源進行充電，斜坡電壓與R9兩端的電壓內(nèi)部疊加。C13的計算如式7所示：

　　其中，VSLOPE為：

　　從式7和式8可以得到：C13 = 1.57nF，實際選取1.5nF電容。

　　LED檢流電阻(R5)

　　利用式9計算R5：

　　在此應(yīng)用中，取VREFI = 1.94V，得到：R5 = 0.56Ω。

　　濾波電容

　　輸出電容COUT (C7與C8的并聯(lián)電容)按式10計算：

　　其中，ΔVLED為輸出電壓紋波的最大峰峰值，它取決于最大電流紋波和此電流下LED的動態(tài)阻抗。為延長LED使用壽命并保證其色度，LED上的紋波電流應(yīng)小于其平均電流的5%。本應(yīng)用中，計算得到COUT為3μF，故電容C7、C8均選用2.2μF/50V。

　　由式11計算輸入電容(C1、C2的并聯(lián)電容)：

　　其中，ΔVIN為輸入電壓紋波的峰峰值。

　　對于100mV的ΔVIN，CIN為1.9μF，所以選擇C1為2.2μF/25V，C2為1.1μF/25V。

　反饋補償

　　Buck-boost轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)在右半平面存在一個零點，可用式12計算：

　　本應(yīng)用中，fRHPZ在37.8kHz處，為了提供充分的相位裕量，保持環(huán)路穩(wěn)定，在-20dB/十倍頻程時，整個環(huán)路增益應(yīng)在RHP零點頻率的1/5之前達到0dB，由此可得截止頻率fC為7.56kHz。輸出電容和負載等效輸出阻抗會產(chǎn)生一個極點：

　　其中，RO為負載等效阻抗，由下式確定：

　　從式14可得fP1 = 4.7kHz。

　　接下來選擇補償元件R10和C12，它們需要在極點頻率fP1處產(chǎn)生一個零點，并調(diào)整fP1處的環(huán)路增益，使之在fC達到0dB。

　　利用式15計算R10：

　　從式15可得R10 = 341Ω，此處R10選擇301Ω電阻；GM是內(nèi)部跨導(dǎo)放大器的增益。

　　相應(yīng)地，C12可以計算如下：

　　從式16可得C12 = 0.11μF，此處選用0.1μF電容。

　　數(shù)字PWM調(diào)光

　　MAX16834內(nèi)部有一個用于PWM調(diào)光的MOSFET驅(qū)動器，它可以接受1.5V至5V的邏輯高電平PWM信號，信號頻率從直流到20kHz，通過改變PWM信號的占空比調(diào)節(jié)LED亮度。

　　NDRV驅(qū)動器和跨導(dǎo)放大器輸出由PWM信號控制，PWM信號為高時，NDRV使能，跨導(dǎo)放大器的輸出端連接到COMP引腳；信號為低時，NDRV被禁止，跨導(dǎo)放大器的輸出端斷開，COMP端連接到PWM比較器反相輸入端，該端為CMOS輸入，可忽略其從補償電容C12吸收的漏電流，故C12上電荷將保持，直到PWM變高。一旦信號變?yōu)楦唠娖?，NDRV將使能，放大器輸出又連接到COMP端，從而快速建立穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

　　LED開路保護

　　如果空載或發(fā)生LED開路故障，boost轉(zhuǎn)換器將會產(chǎn)生很高的輸出電壓，該轉(zhuǎn)換器可在發(fā)生這種高電壓時關(guān)閉，電壓門限通過R11和R12設(shè)定。R11和R12的分壓點接到IC的OVP引腳，當(dāng)該引腳電壓達到1.435V (典型值)時，轉(zhuǎn)換器將關(guān)閉。本設(shè)計中，R11和R12設(shè)定的LED開路保護點為輸出電壓達到17.2V。