本參考設計采用MAX16834構建112.5W boost LED驅動器電路板 www.elecfans.com" border="0" hspace="0" src="http://files.chinaaet.com/images/20101026/7416af8a-f7c6-44c3-8b3b-e50b18ca6610.jpg" style="filter: ; width: 400px; zoom: 1; height: 405px" />
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圖1. LED驅動器電路板
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圖2. LED驅動器原理圖
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圖3. LED驅動器布局
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圖4. 材料清單
清晰圖片(PDF, 1.3MB)
圖5. 設計表格提供了MOSFET和電感的峰值電流和RMS電流,。欲索取設計表格,，請聯(lián)系Maxim在當?shù)劁N售機構。
圖6. 開關MOSFET的電壓和檢流電阻的電壓
圖7. 輸出電壓(交流耦合)和開關MOSFET檢流電阻的電壓
圖8. 漏極電壓上升時間
圖9. 漏極電壓下降時間
圖10. LED電壓(交流耦合)和電流紋波
圖11. LED電壓(交流耦合)和MOSFET檢流電壓
圖12. 大約150µs的調光脈沖
圖13. 大約50µs的調光脈沖
圖14. LED串開路OVP
圖15. 預測電感的溫升。計算器來自Coilcraft®提供的設計支持工具,。
電路說明
概述
本參考設計用于為長串LED提供高壓boost電流源,，長串LED的應用不僅限于路燈和停車場照明。長串LED允許采用高性價比的LED驅動方案,，另外,，由于各個LED具有相同電流，可以很好地控制亮度變化,。本設計采用24V輸入,，可提供高達75V的LED驅動輸出，可驅動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設計的印制電路板(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，測試時并沒有組裝這些電路,，原理圖(圖2)中將其標注為“no-pop”,。電路板在IC下方布設接地島，通過單點連接至功率地,，以確保低噪聲特性,。由于很多路燈生產廠商沒有適當焊接設備焊接其它形式的封裝，例如TQFN封裝,，因此本設計采用了TSSOP封裝IC,。圖4給出本設計的材料清單。
拓撲
設計采用工作在200kHz連續(xù)模式的boost調節(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)模式設計能夠保持較小的MOSFET電流和電感電流。然而,，由于MOSFET (Q1)導通期間電流流過輸出二極管(D2),，輸出二極管的反向恢復損耗較大，并可能導致更大的關斷噪聲,。從圖6電路波形可以看出,，占空比為69%時,，MOSFET的導通時間大約為3.4µs，關斷時間大約為1.5µs,。一旦MOSFET關斷,，漏極電壓將上升到輸出電壓與肖特基二極管壓降之和。
MOSFET驅動
由于采用連續(xù)模式設計,，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，由于在導通和關斷期間都有電流流過MOSFET,，MOSFET在兩次轉換期間存在較大的開關損耗,。MAX16834以足夠強的驅動能力使MOSFET在5ns內完全導通，在10ns內完全關斷(圖8和圖9),，保持較低的溫升,。如果設計中存在EMI問題，則改變MOSFET柵極的串聯(lián)電阻R5,，以調整開關時間,。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,，尤其是在設計中要求200V的額定電壓,。圖5中，設計表格顯示驅動器需要一個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%目標參數(shù)，但仍然能夠滿足要求,。
調光
MAX16834提供很好的調光,。當PWMDIM (第12引腳)為低電平時，將發(fā)生三個動作：第一,，開關MOSFET Q1的柵極驅動(NDRV,，第15引腳)變?yōu)榈碗娖剑苊忸~外的能量傳送到LED串;第二,，調光MOSFET Q4的柵極驅動(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導通時間,，因此可提供較高的調光比。
縮短導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并建立,。如果DIM導通脈沖小于50µs,，輸出電壓將在下個關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導通脈沖不應低于50µs,。這意味著100Hz DIM頻率下，調光比為200:1,。降低最小導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,，最小導通時間可隨之降低，調光比增大,。陶瓷電容表現(xiàn)為壓電效應,，調光期間會出現(xiàn)一定的音頻噪聲。不過,，通過適當電路板布局,，可以最大程度地降低噪聲。
OVP
圖14中,，LED串開路,，MAX16834的過壓保護(OVP)電路在重新啟動之前將首先關斷驅動器400ms。因為輸出電容較小,，電感儲能可能產生的過沖,，因此采用了107V峰值電壓設置(高于83V設計值),。
電路調整及其它輸入、輸出
R15是線性數(shù)字電位器,，可以在0A至1.7A之間任意調節(jié)LED電流,。MAX16834具有一個輸入(SYNC)，用于同步控制器的開關頻率,。UVEN輸入允許外部控制驅動器(通/斷),。REFIN輸入端的低阻信號源可以優(yōu)先于電位器設置，控制驅動器電流,。例如,，微控制器經過緩沖的DAC可以通過REFIN直接控制LED電流。出現(xiàn)故障(例如OVP)時,，F(xiàn)LT#輸出低電平,。一旦解除故障，信號變?yōu)楦唠娖?，該信號并不閉鎖,。
溫升
測量效率為96.63% (VIN = 24.01V、I_IN = 1.49A,、PIN = 115.49W,、VLED = 74.9V、I_LED = 1.49A,、POUT = 111.60W),。由于電路的頻率較高，驅動器元件并不發(fā)熱,。溫度最高的元件為調光MOSFET Q4,，溫升大約41°C。這一溫升是由于小尺寸PCB布局造成的,，可以通過增大漏極附近的覆銅面積改善,。電感尺寸較大，具有23°C的溫升,，高于預期的7°C (圖15),。電感似乎吸收了部分MOSFET熱量，因為它們共用大面積覆銅焊盤,。
溫度測量
以下溫度是在實際LED負載測試中得到的：
VIN:24VDC
Ambient:16°CΔT
L1:39°C23°C
D1:51°C35°C
Q1:51°C35°C
Q3:57°C41°C
IC:33°C17°C
上電步驟
在LED+和LED-之間連接最多20只串聯(lián)LED,，同時串聯(lián)安培表以測量電流(注：如果LED的正向導通電壓完全匹配并且/或者增加串聯(lián)均衡電阻，可以采用并聯(lián)架構),。歡迎轉載,，本文來自電子發(fā)燒友網(wǎng)(http://www.elecfans.com )
在VIN和GND之間連接24V、6A電源,。
在連接器J2插入短路器,。
打開24V電源,。
調節(jié)R15將電流設置為0至1.5A。
如果需要調光,，則在DIM IN和GND之間連接PWM信號(0V至3.3V),。
按照上述內容調節(jié)PWM占空比，實現(xiàn)調光,。