關(guān)于Buck架構(gòu)LED驅(qū)動器的OVP原理的分析和介紹

在直流輸入的電源轉(zhuǎn)換器中有很多設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)?shù)腂uck轉(zhuǎn)換器會具有輸出過壓保護(hù)，但這種做法在LED驅(qū)動器中就很少見，RT8474A是這方面的特例。下圖是RT8474A在Buck組態(tài)下的應(yīng)用電路圖：

其中的R3和R4是用于電壓取樣以實現(xiàn)過壓保護(hù)（Over Voltage Protection, OVP）的電阻。

對于LED驅(qū)動器來說，輸出控制的對象是流過LED的電流，電壓通常不再是人們關(guān)注的對象，所以有些由電壓帶來的影響可能會被忽略掉。

大多數(shù)Buck架構(gòu)的LED驅(qū)動器都采用了類似這樣的電路拓?fù)洌?/p>

在這個電路中，VIN為輸入；負(fù)載為LED1~LEDn構(gòu)成的LED串，其中流過的電流在LED串兩端形成輸出電壓VOUT；電阻RS用于輸出電流的檢測，控制器通過檢測RS兩端的壓差對PWM信號的占空比進(jìn)行控制；電容COUT對輸出電流進(jìn)行濾波，使得最終流過LED串的電流成為穩(wěn)定的直流。為了降低不必要的損耗，RS上的壓差很小，VOUT和COUT上的電壓非常接近。

這個電路在正常情況下什么問題都不會有，但是如果LED串出現(xiàn)了開路的狀況，問題就可能出現(xiàn)了。

當(dāng)LED開路時，流過LED的電流通道已經(jīng)不存在，所以RS上的電壓差為0，控制系統(tǒng)將自動使PWM信號的占空比升到最大值并持續(xù)處于這一狀態(tài)。在此過程中，由于MOSFET開關(guān)SW導(dǎo)通而形成的電流只能流過輸出電容COUT，所以COUT上的最終電壓將等于輸入電壓VIN。

在Buck應(yīng)用中，輸入電壓VIN總是大于輸出電壓VOUT，也就是說VIN總是高于LED串的正向?qū)妷?，而現(xiàn)在電容COUT上的電壓已經(jīng)高于正常的LED串導(dǎo)通電壓了，如果我們在此時將LED串接入電路，留存在COUT中的電能就將沒有什么限制地流過LED，可憐的LED通常很難承受此電流的沖擊，它們將因過熱而被燒毀。在Buck架構(gòu)中加入過壓保護(hù)的目的就是為了避免這一問題的發(fā)生。

我們假設(shè)電阻RS上的電壓差為0（通常都很小，設(shè)為0不影響做分析），在穩(wěn)定情況下，電容電壓不會突變，LED串兩端電壓與電容電壓總是相等的，所以LED電流能夠很穩(wěn)定。隨意找一款LED的規(guī)格書來看看，我們就可以看到LED的I/V特性是很陡峭的，電壓的很小變化可以導(dǎo)致電流的很大變化，而且電壓越高，這一效應(yīng)也越明顯，這也正是對LED的驅(qū)動要以電流為控制目標(biāo)而不能用電壓對它進(jìn)行驅(qū)動的原因?，F(xiàn)在由于開路而使電容COUT上的電壓升高了許多，再用這個電壓加載LED就非常危險。這種狀況和我們此前談過的EOS問題是如出一轍，只是對像變了而已，本質(zhì)卻是相同的。

再回到RT8474A的原理圖中，我們看到R4和R3與輸出電容是并聯(lián)的關(guān)系：

假如COUT上的電壓升高了，R4上的分壓將加大，即VISP – VOVP增大，當(dāng)其高過某個閾值，我們就可以認(rèn)為過壓了，這將觸發(fā)RT8474A的過壓保護(hù)功能，此后就將VISP – VOVP穩(wěn)定在一個新的值上，這個值所對應(yīng)的輸出電壓最好是低于LED串正常工作時的導(dǎo)通電壓，因而再接入LED的時候就是安全的，不會有太大的電流流過它。

在RT8474A的規(guī)格書中，上面提到的這個過壓保護(hù)觸發(fā)閾值是1.2V，過壓保護(hù)發(fā)生以后要實現(xiàn)的VISP – VOVP穩(wěn)定值是1V。這些參數(shù)在規(guī)格書中如下圖所示列出：

在實際的應(yīng)用中，我們只要知道可能的LED串的最高正向電壓，假設(shè)為38V，在此基礎(chǔ)上再加上RS上的額定電壓（100mV，見RT8474A規(guī)格書），我們就知道COUT上的最高電壓為38.1V，根據(jù)LED串的特性再增加一點裕量如0.5V，OVP的電壓值就被設(shè)定成了38.6V。設(shè)R4=10k，則R3=10k * (38.6 – 1.2)/1.2 = 311.7k，這樣就確定了兩個電阻的值，由此導(dǎo)致的OVP觸發(fā)電壓是38.6V，OVP被觸發(fā)以后的穩(wěn)定輸出電壓值是1V * (311.7+10)/10=32.17V。

RT8474A的規(guī)格書中提供了一幅圖，它顯示了LED從正常工作的電路中被移走、再接入整個過程中的輸出電壓、負(fù)載電流變化過程，這里可以參考一下。

圖中最下面一條曲線是流過LED的電流波形，再往上是輸出電壓的波形。我們可以從中看到，當(dāng)LED電流發(fā)生下跳之后，輸出電壓很快就上升到了最大值，然后就逐漸下降，最后穩(wěn)定在一個確定的位置上。當(dāng)電流因再次接入負(fù)載而發(fā)生上跳變的時候，輸出電壓出現(xiàn)了短暫的下降，這是由于LED的接入消耗了輸出電容中的電能，而轉(zhuǎn)換部分的動作還沒有開始，輸出電容上的能量得不到補(bǔ)充，所以會有這一現(xiàn)象。而這一現(xiàn)象的出現(xiàn)也消除了OVP狀態(tài)，使轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，LED的供電進(jìn)入正常化。

如果我們很細(xì)致的看上述的輸出電壓波形，我們可以看到觸發(fā)OVP時的輸出電壓和OVP生效以后的輸出電壓都是高于工作正常時的輸出電壓的，但由于過壓保護(hù)時的輸出電壓與LED接入時的輸出電壓非常接近，剛接入的LED上沒有出現(xiàn)大電流，這種狀況和兩者壓差的大小及輸出電容的容量大小都有一定關(guān)系。如果LED再次接入時電容上的電壓比LED導(dǎo)通電壓高很多，出現(xiàn)超過其正常工作電流的可能性就非常大，LED就很危險了。由此可見，RT8474A采用這樣的過壓保護(hù)方法是很合理的。

本文的寫作是因為有用戶在相關(guān)的應(yīng)用上遇到了問題，所以也在這里把此話題分享給大家。如果你在應(yīng)用中也遇到了問題，歡迎提出來，你的課題就可能成為別人的參考。如果這也算是一善，我覺得不算大，但我們可以集小善成大德，成就所有的有緣眾生。

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