升壓背光LED驅(qū)動(dòng)器

該參考設(shè)計(jì)用于TFT顯示屏的LED背光驅(qū)動(dòng)，輸入電氣要求和輸出特性如下：

VIN：8VDC (1.667A)至18VDC (730mA)；可承受50VDC瞬態(tài)電壓

PWMIN：250Hz脈沖串；2μs (最小值)脈沖；0mA時(shí)大于3.3VDC；10mA時(shí)小于0.3VDC

VLED配置：6或8只LED (2.89VDC至4.2VDC)串聯(lián)(34VDC，最大值)；三串并聯(lián)，每串電流150mA

圖1. 基于MAX16809的驅(qū)動(dòng)器電路板

圖2. 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)原理圖

圖3. 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)PCB布局

電路簡(jiǎn)述

本參考設(shè)計(jì)采用MAX16809作為主控制器，用于電源升壓轉(zhuǎn)換和16端口的LED驅(qū)動(dòng)。 16個(gè)端口中的15個(gè)端口按照五個(gè)端口組成一組，用于驅(qū)動(dòng)三串并聯(lián)的LED。 Boost電源的輸出電壓始終高于輸入電源電壓。 Boost電源工作頻率為200kHz，速率足以滿足選擇小尺寸功率元件的需求，而且，這樣的開關(guān)頻率也不會(huì)導(dǎo)致開關(guān)MOSFET過熱。

設(shè)計(jì)在輸出端采用兩個(gè)低ESR電解電容。 當(dāng)PWM信號(hào)關(guān)閉負(fù)載使其電流為零時(shí)，這些電容用來吸收電源的電感能量。 用于LED串的輸出電壓可通過4引腳連接器提供：V發(fā)光二極管+連接在連接器的第1引腳，VLED-引腳分別連接到連接器的第2、3、4引腳。 必要時(shí)可以使用所提供的輸出濾波電容焊盤； 本設(shè)計(jì)中沒有安裝這些電容。 Q2-D2-R8電路為電流模式PWM控制器提供了斜率補(bǔ)償。 該電路跟隨RTCT電壓波動(dòng)，向R7注入電流，從而產(chǎn)生斜坡電壓，防止在占空比超過50%時(shí)(當(dāng)輸入電壓較低時(shí))導(dǎo)致控制器諧波振蕩。

這個(gè)boost電路的反饋有兩種模式：自適應(yīng)和靜止。 自適應(yīng)模式(當(dāng)PWM信號(hào)為高時(shí))下將產(chǎn)生“二極管或”輸出，從而使最低驅(qū)動(dòng)器電壓(最大LED串聯(lián)壓降)被調(diào)整到大約1.0VDC，為保證LED驅(qū)動(dòng)器正常工作提供足夠裕量。 其它LED串具有較低的串聯(lián)壓降，所以這些驅(qū)動(dòng)器具有更大裕量。 自適應(yīng)模式把由線性LED驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的功耗降至最低。 該模式下，當(dāng)LED的絕對(duì)正向?qū)妷翰惶珖?yán)格時(shí)，LED之間正向?qū)妷旱南鄬?duì)誤差應(yīng)控制在200mV以內(nèi)。 為改善散熱，MAX16809必須與大面積覆銅層之間有良好的導(dǎo)熱通道，可通過封裝裸焊盤下方的過孔實(shí)現(xiàn)散熱。 該參考板中利用底層的地平面為IC散熱，如果使用面積更大的多層地平面，散熱效果會(huì)更好。

靜止模式下(PWM信號(hào)為低)，按照與傳統(tǒng)電源類似的方式調(diào)整VLED，電壓上升至在很短的脈沖內(nèi)保證工作的電壓值。 因?yàn)殡娫创艌?chǎng)無法在很短的脈沖內(nèi)快速建立足夠的儲(chǔ)能，所有能量必須由輸出電容提供。 靜止模式必須保證這些電容能夠充電達(dá)到足夠的儲(chǔ)能，在電感響應(yīng)之前維持足夠的能量。 啟動(dòng)靜止模式時(shí)，輸入電流浪涌會(huì)高于自適應(yīng)模式下的電流。 這是因?yàn)樾枰獙?duì)較大的輸出電容進(jìn)行充電。 導(dǎo)通期間的絕大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，能量由輸出電容補(bǔ)充，開關(guān)靜止、輸入電流跌落至零。

齊納二極管D10為電路提供過壓保護(hù)，如果一串LED斷開，自適應(yīng)電壓控制將嘗試提高VLED以滿足1.0VDC要求。 D10將最高輸出電壓限制在38.5VDC。 雖然該高壓不會(huì)損壞電路，但LED驅(qū)動(dòng)器的功耗可能導(dǎo)致MAX16809過熱。 發(fā)生這種情況時(shí)，芯片內(nèi)部電路將關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器，直到溫度下降到適當(dāng)值，這會(huì)導(dǎo)致LED閃爍。 對(duì)于6S3P配置，在連接器J3處安裝跳線，使D6與D10并聯(lián)，將鉗位電壓降至29VDC。

通過R5 (576Ω)將每串LED驅(qū)動(dòng)電流設(shè)置在30mA，如果將5路驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)驅(qū)動(dòng)一串LED，其驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到150mA。

施密特反相觸發(fā)器U2配置成振蕩器，為MAX16809的SPI?輸入提供時(shí)鐘。 由于DIN接高電平，將向內(nèi)部寄存器輸入一串“1”，開啟所有LED驅(qū)動(dòng)器。 U2還用于對(duì)PWM信號(hào)反相轉(zhuǎn)換，以滿足MAX16809的OE#輸入要求。

U3 (MAX6397TATA過壓保護(hù)電路)能夠在發(fā)生拋負(fù)載時(shí)提供輸入保護(hù)并為MAX16809的線性驅(qū)動(dòng)器提供3.3VDC供電電源。 R15/R16將關(guān)斷電壓設(shè)置在18.85VDC。 選取Q3，使在低輸入電壓下應(yīng)具備最小導(dǎo)通壓降。 滿負(fù)荷時(shí)，測(cè)量到的最小工作電壓為7.82VDC。 REG輸出為MAX16809線性驅(qū)動(dòng)器(V+輸入)、U2以及R11上拉電阻提供3.3VDC直流電源。

性能測(cè)試和結(jié)果

圖4. V在= 18V、V在 = 36V時(shí)的MOSFET電流和電壓

圖5. 1μs脈沖和1ms脈沖時(shí)的VLED和輸入電流，V發(fā)光二極管在靜止模式和自適應(yīng)模式下交替轉(zhuǎn)換。 注意，靜止模式下，輸入浪涌電流為輸出電容充電。

圖6. 2ms脈沖和3.9ms脈沖時(shí)的VLED和輸入電流

溫度測(cè)量

使用OSRAM電子負(fù)載，得到以下溫度測(cè)量結(jié)果：

上電過程

將三串LED (每串8只LED)連接至連接器J1。 如果連接器J3安裝跳線，也可以將三串(每串6只)的LED連接到連接器J1。

LED串的正端必須與J1的第1引腳連接； LED串的負(fù)端必須與J1的第2、3、4引腳連接。

將沒有上電的8V至20V (4A額定電流)直流電源連接至系統(tǒng)輸入，務(wù)必確認(rèn)極性正確。

打開電路電源。

在J4提供250Hz脈沖波，脈沖擺幅為0V至3.3V，占空比為0.05%至100%。

檢流電阻R3兩端的大尺寸過孔提供低噪探頭，可以連接一個(gè)接地線圈和單端示波器探頭。

審核編輯：郭婷