將LED驅(qū)動(dòng)器從降壓轉(zhuǎn)換為升壓以增強(qiáng)靈活性

通過一些額外的元件和一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重新排列，降壓模式DC-DC轉(zhuǎn)換器IC可以制成升壓模式器件，以驅(qū)動(dòng)電壓高于電源電壓的LED燈串。

遲滯降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器是一種常用且易于實(shí)現(xiàn)的電流源，適用于 LED 串兩端電壓低于輸入電壓的情況。通過重新排列外部元件，可以將這種拓?fù)鋸慕祲耗Ｊ角袚Q到升壓模式，以支持二極管壓降總和大于輸入電壓的LED串。

雖然有許多升壓穩(wěn)壓器可供選擇，但這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許單降壓穩(wěn)壓器IC同時(shí)提供降壓和升壓功能，因此可以簡化物料清單（BOM）并降低總體成本。雖然使用降壓器件進(jìn)行升壓操作可能會(huì)導(dǎo)致LED電流變化增加，超出可接受的范圍，但如果需要，可以增加一個(gè)額外的控制環(huán)路來進(jìn)一步調(diào)節(jié)電流。

本變換示例使用MAX16822A/MAX16832 1Maxim Integrated的遲滯降壓轉(zhuǎn)換器，為2MHz高亮度LED驅(qū)動(dòng)器IC，集成MOSFET和高邊電流檢測(cè)（圖1）。（MAX16822A和MAX16832的區(qū)別僅在于額定電流：分別為500mA和1A。

圖1.MAX16832作為降壓轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用電路

該電路調(diào)節(jié)檢測(cè)電阻R上的電壓意義以便恒定電流流過與該電阻串聯(lián)的 LED。MAX16832內(nèi)部的MOSFET在低于設(shè)定值的電流時(shí)導(dǎo)通，高于設(shè)定點(diǎn)的電流時(shí)關(guān)斷。當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，電流斜坡上升并從輸入電壓 V 流出在通過檢測(cè)電阻、LED、電感和 MOSFET 進(jìn)行接地;當(dāng) MOSFET 關(guān)斷時(shí)，電流斜坡下降并流回 V在通過檢測(cè)電阻、LED、電感和二極管D1。

增加遲滯會(huì)產(chǎn)生一個(gè)自振蕩系統(tǒng)，從而產(chǎn)生鋸齒形LED電流，如圖2所示。鋸齒的振幅由滯后量決定。電容器C3充當(dāng)濾波器，因此LED主要看到直流電流。此拓?fù)浞Q為高邊降壓拓?fù)洹?/p>

圖2.遲滯降壓LED驅(qū)動(dòng)器的電流波形由于自感振蕩而具有鋸齒形LED電流。

從降壓到助推

降壓拓?fù)渲荒茉贚ED兩端的電壓小于輸入電壓時(shí)使用。當(dāng)LED兩端的電壓大于輸入電壓時(shí)，需要升壓拓?fù)?。由于升壓拓?fù)湓诘投艘灿虚_關(guān)MOSFET，因此通過重新排列外部元件，可以直接將高端降壓拓?fù)涓臑樯龎和負(fù)?，如圖3所示。在這種升壓拓?fù)渲?，電流的調(diào)節(jié)方式與高端降壓拓?fù)湎嗤?/p>

圖3.將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)從高端降壓改為升壓，只需對(duì)外部元件進(jìn)行一些重新排列。

不同之處在于LED不再與檢測(cè)電阻和電感串聯(lián)。結(jié)果是輸入電流而不是LED電流被調(diào)節(jié)。圖4顯示了輸入和輸出電流的波形;LED電流是通過C3的輸出電流的濾波版本。

圖4.當(dāng)配置為遲滯升壓LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，輸入電流而不是LED電流被調(diào)節(jié)，如輸入和輸出電流的波形所示。

這種布置的結(jié)果是，LED電流不僅取決于調(diào)節(jié)的輸入電流（I在），但也在輸入電壓 （V在）、輸出電壓 （V發(fā)光二極管），以及轉(zhuǎn)換器的效率 （η）：

如果由此產(chǎn)生的LED電流變化大于可接受的范圍，則基于MAX8515的額外電路2可以添加寬輸入、0.6V并聯(lián)穩(wěn)壓器，用于隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器）來調(diào)節(jié)LED電流，如圖5所示。

圖5.如果需要，可以使用基于MAX8515并聯(lián)穩(wěn)壓器的附加電路來改善LED電流調(diào)節(jié)。

MAX8515用作誤差放大器，比較反饋電壓VFB至一個(gè) 0.6V 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。VFB與 LED 電流成正比，VFB= R2 × I發(fā)光二極管.由于放大器的輸出可以從TEMP_I引腳吸收電流，但不能提供電流，因此TEMP_I引腳本身提供小的恒定電流。

兩種電流之間的差異由電容C2積分。如果MAX8515吸收的電流大于TEMP_I引腳源，則電壓降低;反之亦然。輸入電流I的設(shè)定點(diǎn)在與該電壓成正比，如圖6所示。因此，如果 VFB小于0.6V基準(zhǔn)，不會(huì)吸收電流，TEMP_I上的電壓增加。這反過來又增加了輸入功率，因此增加了LED電流和VFB.如果 VFB大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，TEMP_I上的電壓被拉低以減小LED電流。

圖6.MAX8515管理灌電流和拉電流，如TEMP_I電壓與輸入電流設(shè)定點(diǎn)之間的關(guān)系所示。

LED 電流控制環(huán)路最大限度地減少了變化

這些參數(shù)適用于用于調(diào)節(jié)LED電流的控制環(huán)路，圖7：

MAX0的6.8515V基準(zhǔn)電壓為控制環(huán)路的輸入;

VFB是輸出，與LED電流成正比，I發(fā)光二極管= VFB/R2;

G1是MAX8515和電阻R2的增益（注意，由于NPN晶體管的反相作用，MAX8515的增益實(shí)際上是負(fù)的;通過交換加法器上的加號(hào)和減號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償）;

電容C2是積分器，而G2是TEMP_I電壓和反饋電壓之間的增益。

圖7.用于調(diào)節(jié) LED 電流的控制回路從保持反饋電壓 V 開始FB在 0.6V 時(shí)。

該控制回路調(diào)節(jié)VFB至 0.6V：

為了正確配置升壓電路，檢測(cè)電阻R。意義應(yīng)選擇使最大輸入電流略高于所需電流。然后，額外的控制環(huán)路降低輸入電流，以獲得正確的LED電流值。該電阻的值可以計(jì)算如下：

附加檢測(cè)電阻R2的計(jì)算公式為：

還需要過壓保護(hù)

LED 通常因短路而失效;從而降低輸出電壓。如果輸出電壓仍然高于輸入電壓，電路將繼續(xù)正常工作。但是，如果LED因成為高阻抗（開路）而不是短路而失效，則輸出電流將輸出電容C3充電至超出IC工作范圍的值，并導(dǎo)致其失效。

為了保護(hù)電路免受這種情況的影響，可以在基本電路中添加一些額外的元件，如圖8所示。如果Q2的柵極電壓達(dá)到其導(dǎo)通門限，Q2將下拉轉(zhuǎn)換器上的DIM引腳。這會(huì)自動(dòng)停止轉(zhuǎn)換器的開關(guān)，輸出電壓緩慢下降，直到Q2關(guān)斷。循環(huán)重復(fù)，使輸出電壓在過壓門限附近變化，過壓門限選擇在轉(zhuǎn)換器的工作范圍內(nèi)。

圖8.當(dāng)LED失效開路時(shí)，需要過壓保護(hù);從而允許C3充電超過IC的最大額定值。

測(cè)量確認(rèn)，擴(kuò)展分析

為了驗(yàn)證降壓/升壓分析并評(píng)估整體性能，構(gòu)建并測(cè)試了兩個(gè)電路，一個(gè)具有額外的LED電流調(diào)節(jié)（電路2），另一個(gè)沒有（電路1）。這些電路設(shè)計(jì)用于從 24V 輸入以 200mA 電流驅(qū)動(dòng) 12 個(gè) LED （≈95V）。效率估計(jì)約為<>%。

電路1：輸出功率為4.8W （24V × 200mA）時(shí)，輸入功率估計(jì)為4.8W/0.95≈5.05W。使用12V電源時(shí)，輸入電流應(yīng)調(diào)節(jié)至5.05W/12V≈421mA，因此R的輸入電流值應(yīng)為470mΩ意義（200mV/421mA）。

電路2：為了調(diào)節(jié)LED電流，R2需要為3Ω （600mV/200mA）。為了將輸入電壓擴(kuò)展到低至8V，R意義應(yīng)滿足以下條件：

因此選擇了300mΩ的值。

表

1 顯示了關(guān)鍵組件值：

技術(shù)術(shù)語表

為了演示LED電流調(diào)節(jié)的附加值，記錄了兩個(gè)電路在8V至16V輸入電壓范圍內(nèi)的LED電流，如圖9所示。很明顯，對(duì)于沒有LED電流調(diào)節(jié)的電路，當(dāng)輸入電壓處于其標(biāo)稱值200V時(shí)，LED電流僅處于其12mA目標(biāo)值。對(duì)于其他值，它與輸入電壓成線性比例。如果輸入電壓被調(diào)節(jié)，則V的變化在可能非常小，并導(dǎo)致可接受的LED電流變化。

圖9.LED電流與輸入電壓的關(guān)系（紅色）和不帶（藍(lán)色）附加調(diào)節(jié)顯示輸出電流對(duì)輸入電壓的敏感性。

相比之下，具有LED電流調(diào)節(jié)的電路沒有顯示出這種效果，但在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)具有恒定值。額外的控制環(huán)路通過將LED電流調(diào)節(jié)到整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)的目標(biāo)值來清楚地顯示其值;僅在 8V 輸入時(shí)略低。最有可能的是，由于R95的損耗，效率略低于估計(jì)的2%。快速測(cè)量顯示，輸入電流處于V的最大在= 8V。一個(gè)簡單的解決方法是降低R意義至 270mΩ。

遲滯降壓LED驅(qū)動(dòng)器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于沒有反饋，控制環(huán)路本質(zhì)上是穩(wěn)定的。添加額外的控制回路會(huì)引入反饋，這可能會(huì)帶來不穩(wěn)定?？刂骗h(huán)路穩(wěn)定性的波特圖顯示，該電路的相位裕量約為47°，足以保證穩(wěn)定工作，如圖10所示。

圖 10.具有電流調(diào)節(jié)的LED驅(qū)動(dòng)器電路的波特圖確認(rèn)電路具有足夠的相位裕量，以保證穩(wěn)定工作

審核編輯：郭婷