LED电路中的MAX16818驱动高亮LED电路图

接线图 2023年10月21日 10:18 159 admin

高亮LED需用电流源而非电压源来驱动。为了优化高亮LED驱动电路的设计，可采用改进后的降压－升压变换器拓扑，将串联的高亮LED串联于DC／DC变换器的输出端和输入电压源之间。运用这种连接方式，可以为高亮LED串提供低于或高于输入电压的驱动电压。

　　降压－升压变换器的输入电流是非脉动方式，这不同于典型的降压－升压变换器的脉动输入电流，非脉动电流能有效降低EMI。高亮LED驱动器的简化框图如图1所示，在该电路中，高亮LED端电压为

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　　图1 高亮LED驱动器的简化框图

　　在平均电流控制模式下，输入电流的反馈电压可用检流电阻检测，如图2所示。该电压送入电流误差放大器（CEA）的反相输入端。放大器的同相输入端为电流的控制电压。比较后的误差信号经过放大器放大后，送到PWM比较器的输入端，与斜坡信号进行比较。电流环路的增益带宽特性可通过CEA附近的补偿网络进行优化。

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　　图2 采用平均电流控制模式（内部环路）的高亮LED驱动器

　　（1）电流环路补偿设计
　　MAX16818采用平均电流模式控制器，利用跨导放大器（transconductance amplifier）放大电流误差信号。检流电阻两端的电压由内部放大器放大34.5倍，电流误差放大器的跨导是550μS，锯齿波信号峰值为2V，输入电流在返回通路上由电阻Rs，检测。利用MAX16818构成的高亮LED驱动器如图3所示。

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　　图3 利用MAX16818构成的高亮LED驱动器

　　高亮LED支路的最大电压为

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　　式中，而是LED的数目；UFm（IF）是LED在满负荷电流年下的最大压降。

　　最大输入功率为

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　　效率为η时，最大输入电流为

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　　检流电阻值由平均电流极限设置，最小平均电流阈值为24mV，因而，检流电阻值为

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　　为了避免控制器的PWM比较器输出自激，比较器反相输入信号的斜率应小于同相输入的锯齿波斜率。锯齿波斜率为Us×fs盂，电流误差放大器的增益GCA为

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　　式中，gm是CEA的跨导。

　　放大器的输出为PWM比较器的反相输入信号，PWM比较器的同相输入是锯齿波，峰值为Us，开关频率为盂，这是电流误差放大器从检流电压（电阻Rs，的端电压）输入到放大器输出在高频端的交流增益，也是PWM比较器敏感频点处的增益。电流误差放大器的最大增益GCA，由下式决定。

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　　式中，ULED（max）／L是输入电流的下降斜率。

　　从式（3－8）与式（3－7）可以得出RC的最大值为

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　　由RC×CC决定的零点频率要低于电流环路的交越频率尻（crossover frequency），且要留有足够的相位裕量，这是确定CC值的标准。LED驱动器功率电路的小信号等效模型的零点频率fZ和极点频率fP可由以下公式推导得出。

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　　升压调节器电流环路的小信号控制的输出增益，即RS的电压URS与UCA之比为

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　　式中，RS为检流电阻；L为输入电感值；UIN直流输入电压；ULED是LED支路的总直流电压；岷为同相输入端锯齿波峰值电压；尻为电流环路的交越频率。

　　输入电流部分的总开环增益为式（3－12）和式（3－13）的乘积，将乘积设为1，即

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　　（2）设计范例
　　设计有3条LED串联支路的驱动电路，输入电压范围为7～28V，开关频率为600kHz，电感为5.1μH。电路所需最大输出电流为1.2A，LED为1～4只，LED支路的最大压降为18V，总输出功率为Pmax＝21.6W，CC＝2000pF，CP＝4pF。假定效率为90％，可以计算出最大输入电流为3.428A。如果设定检流电阻为0.007Ω，RC最大值可以由式（3－9）求得，即

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　　因为极点频率需高于2倍开关频率，又由于这里选择了CP为4pF，则得到fP为1.693MHz。LED支路可以等效为一个电压源串联一个电阻。在该电路中，每个LED等效为3.15V（LED的正向压降）电压源串联一个0.6Ω的电阻。如果将3只LED串联，那么总的电压源电压为9.45V，总阻抗为1.8Ω。如果输入为9V，3只LED串联，则交越频率为

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　　（3）PWM调光控制
　　LED亮度可以通过PWM信号控制，这种方法的原理是通过调整驱动器的导通时间来控制LED驱动器的输出电流。采用PWM调光方式时，LED驱动器的导通时间可调，其占空比与LED的亮度近似线性等比，即100％占空比对应最大亮度。

　　LED驱动器的输入电压为7～28V，LED电流通过电位器在0.4～1.2A范围内调节。LED支路可以串联1～4只LED。

　　图4（a）为采用3只串联LED（电流为0.8A，输入电压为7V）的测试波形图。示波器通道1为PWM调光信号，通道4为LED电流，该电流在PWM信号变高时会增大。而在图4（b）中，当PWM信号关断时，LED电流降为0。

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　　图4 PWM调光过程中的波形图

　　从如图4所示的PWM调光过程中的波形图可以看出，用平均电流控制模式驱动LED的波形比较理想。同时可以方便地对该电路加以改进，以使PWM亮度控制电路实现较高的调光比。

　　如图5所示的PWM调光过程与图4采用了相同设置，与图4的唯一区别是测试条件不同（采用3只LED串联的电路的输入电压为14V）。如图5（a）所示的PWM调光过程为LED电流的上升过程，示波器通道1为PWM调光信号，通道4为LED电流。如图5（b）所示的PWM调光过程为LED电流的下降过程，示波器通道1为PWM调光信号，通道4为LED电流。

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