使用鋁電解電容器的長LED串升壓驅(qū)動器

該參考設計利用MAX16834構(gòu)建一個boost LED驅(qū)動器，用于驅(qū)動長串LED。 適用于大尺寸LCD TV或顯示器的LED背光、路燈以及停車場照明。

在在：24V 直流±5% （1.22A）

在發(fā)光二極管配置：23個串聯(lián)LED (75V)，350mA。

調(diào)光：脈沖導通時間可低至3.33μs (調(diào)光時鐘頻率 = 100Hz時，調(diào)光比為3000:1)。

注：已搭建該設計電路并經(jīng)過測試，但未進行詳細測試，具體應用可能存在細微差別，有待改進。

圖1. LED驅(qū)動器電路板

圖2. LED驅(qū)動器原理圖

圖3. LED驅(qū)動器布局

圖4. 材料清單

圖5. 設計表格，如需獲取該電子表格用于您的設計，請與當?shù)氐?a target="_blank">Maxim銷售辦事處聯(lián)系

圖6. 漏極電壓和檢流電阻的電壓(50mΩ)

圖7. 漏極電壓的上升時間

圖8. 輸出電壓(交流耦合)和檢流電阻的電壓

圖9. 高調(diào)光比(導通時間 < 4μs)

圖10. 電感溫度的上升，計算器由Coilcraft?提供

電路說明

概述

該參考設計為驅(qū)動長串LED提供高壓boost電流源，適用于LCD TV背光、LCD監(jiān)視器背光、路燈、停車場照明等。 長串LED驅(qū)動是一種高性價比LED驅(qū)動方案。 另外，由于LED具有完全相同的電流，可以很好地控制亮度變化。 設計采用24V輸入，提供高達80V的LED輸出，能夠為LED串提供高達350mA的電流。 測得的輸入功率為29.3W，輸出功率為26.4W，效率大約為90%。

印刷電路板

印刷電路板(PCB)是用于MAX16834升壓設計的通用電路板(圖1和圖3)。 因此，電路板中有許多短路或未組裝的元件。 原理圖(圖2)中給出了這些元件。 圖4所示為該設計的材料清單。

拓撲結(jié)構(gòu)

本設計采用300kHz非連續(xù)boost調(diào)節(jié)器。 圖5所示電子表格顯示了計算得出的MOSFET和電感的RMS電流、峰值電流。 不可否認，非連續(xù)工作模式具有一些缺點，MOSFET和電感電流較大。 然而，由于MOSFET (Q1)導通時輸出電流基本為零，輸出二極管(D2)的反向恢復損耗極小。 這一優(yōu)勢彌補了設計中的不足，因為反向恢復電流產(chǎn)生的過熱和噪聲很難控制。 檢查圖6所示電路波形，可以發(fā)現(xiàn)MOSFET的導通時間大約為1.6μs。 一旦斷開MOSFET，電感連接到輸出電容，漏極電壓將跳至75V并保持大約1μs的時間。 此后，電感能量基本耗盡，在隨后的1微秒內(nèi)，電感和MOSFET的輸出電容開始自激，直到下一個導通周期。

MOSFET驅(qū)動

由于采用非連續(xù)設計，MOSFET峰值電流高于連續(xù)工作模式下電流的兩倍。 然而，由于MOSFET導通期間沒有電流通過，只有斷開期間才會出現(xiàn)開關(guān)損耗。 MAX16834為MOSFET提供足夠的驅(qū)動，可以在大約20ns內(nèi)斷開開關(guān)(圖7)，因此溫度上升的幅度較小。 如果系統(tǒng)存在EMI問題，可以更改MOSFET柵極的串聯(lián)電阻和二極管，以調(diào)整開關(guān)時間。 必要時，將第二個MOSFET (Q2)與Q1并聯(lián)，以減少溫升

輸出電容

驅(qū)動器使用壽命較長的電解電容作為輸入和輸出電容。 電解電容器的耐用性不及陶瓷電容，且尺寸較大，但能夠以較低成本提供充足的電容量。 為了控制電路高度(10mm)，電解電容以水平方向安裝在電路板上。 輸入、輸出電容在+105°C條件下的額定使用壽命分別為4000小時和8000小時。 通常，環(huán)境溫度每降低10°C，電解電容的使用壽命延長一倍。 這意味著在+65°C環(huán)境溫度下，輸入/輸出電容的預期壽命分別為64000小時/128000小時。 圖5電子表格顯示，只需大約6μF的輸出電容即可達到所要求的輸出電壓紋波。 由于電解電容器的紋波電流容量有限，本設計使用了兩個47μF電容。 使用多個電容能夠消除大部分開關(guān)頻率的紋波電壓(圖8)。 但由于電容選擇了具有較高等效串聯(lián)電感(ESL)的電解電容，無法完全濾除MOSFET開關(guān)斷開時所產(chǎn)生的電路噪聲。 在輸出端添加陶瓷電容或低Q值LC濾波器可以在一定程度上解決這一問題。 任何元件都需要付出一定的成本，在安裝之前應首先確定是否存在與高頻尖峰信號

調(diào)光

MAX16834非常適合調(diào)光。 當PWMDIM (IC的第10引腳)為低電平時，會產(chǎn)生以下三個操作：首先，開關(guān)MOSFET (Q1)的柵極驅(qū)動(第13引腳)變?yōu)榈碗娖剑苊忸~外能量傳送給LED串； 其次，調(diào)光MOSFET (Q3)的柵極驅(qū)動(第18引腳)變?yōu)榈碗娖剑梢粤⒓唇档蚅ED串的電流，而且調(diào)光MOSFET可以在斷開期間保持輸出電容的電壓恒定； 最后，為了保持補償電容的穩(wěn)定電壓，COMP (第3引腳)變?yōu)楦咦琛?COMP引腳的高阻可確保IC在PWMDIM返回高電平后立即以正確的占空比開始工作。 上述操作以及非連續(xù)工作模式中在每個周期開始時電感電流為零，使得PWM具有極短的導通時間，因此可以獲得較高的調(diào)光高。 調(diào)光比僅受限于主開關(guān)驅(qū)動器的頻率。 由于本設計的工作頻率為300kHz，PWM最短導通時間約為3.33μs，意味著調(diào)光比可以達到1500:1 (200Hz調(diào)光頻率)。 圖9給出了導通時間低于4μs時，LED串的電流。 LED串電流符合要求，可以提供最高350mA的電流

?VP （?VP）

如果LED串開路，MAX16834的過壓保護(OVP)電路會在下次導通前將驅(qū)動器斷開大約400ms。 本設計的OVP閾值設為101V

故障#

MAX16834提供一路FAULT#輸出信號。 一旦檢測到內(nèi)部故障(過流或過壓)，該輸出將變?yōu)榈碗娖健?故障解除后，F(xiàn)AULT#即可恢復到高電平。 FAULT#不會鎖定

溫升

由于電路高效(大約90%)工作，驅(qū)動元件的溫度不會升高。 電感則例外，其溫度上升幅度可以達到+49°C，高于圖10中Coilcraft給出的+27°C預測溫度。 當峰值電流在RMS電流兩倍以上時(非連續(xù)設計會出現(xiàn)這種情況)，預測溫度偏差較大。 高溫環(huán)境下，需要使用汽車級電感(+125°C)或使用兩個串聯(lián)的6μH電感。 常溫或較低溫度環(huán)境下，一個12μH電感即足以滿足要求

溫度測量

加電過程

在LED+焊盤和LED-焊盤之間連接最多23個串聯(lián)的LED。

在VIN焊盤和GND焊盤之間連接24V/2A電源。

如果需要調(diào)光，在DIM IN和GND焊盤間加載一個PWM信號(0至5V)。

接通24V電源。

根據(jù)需要調(diào)整PWM占空比，進行調(diào)光。

審核編輯：郭婷