112W 升壓驅(qū)動(dòng)器，用于使用全陶瓷電容器的長(zhǎng)串LED

這是112.5W升壓LED驅(qū)動(dòng)器的參考設(shè)計(jì)，MAX16834用于長(zhǎng)串LED。這些長(zhǎng)LED燈串常見(jiàn)于路燈和停車(chē)場(chǎng)燈中。

輸入電壓：24VDC ±5% （1.49A 時(shí)）

VLED 配置：兩個(gè)并行字符串。每個(gè)串由 19 個(gè) WLED 和一個(gè)用于電流平衡的 5Ω 電阻組成。每根刺的電流為 750mA，總共 1.5A 至 75V。

調(diào)光：50μs （最小值）導(dǎo)通脈沖，調(diào)光比高達(dá) 200：1，調(diào)光頻率為 100Hz

注意：此設(shè)計(jì)已經(jīng)過(guò)構(gòu)建和測(cè)試。但是，尚未進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試，并且可能存在尚未發(fā)現(xiàn)的細(xì)微差別。

圖1.LED驅(qū)動(dòng)板

圖2.指示燈驅(qū)動(dòng)器示意圖

圖3.LED 驅(qū)動(dòng)器的布局

圖4.物料清單

圖5.設(shè)計(jì)電子表格提供了 MOSFET 和電感中的峰值和 RMS 電流。

圖6.開(kāi)關(guān) MOSFET 電壓和檢流電阻器電壓

圖7.輸出電壓（交流耦合）和開(kāi)關(guān) MOSFET 檢流電阻電壓

圖8.漏極電壓上升時(shí)

圖9.漏極電壓下降時(shí)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 電流檢測(cè)電壓

圖 12.調(diào)光脈沖 ~150μs

圖 13.調(diào)光脈沖 ~50μs

圖 14.帶開(kāi)放式 LED 燈串的過(guò)壓保護(hù)

圖 15.預(yù)測(cè)電感溫升。計(jì)算器可從線藝設(shè)計(jì)支持工具獲得?

電路說(shuō)明

概述

此參考設(shè)計(jì)適用于超長(zhǎng) LED 串的高壓升壓電流源。使用長(zhǎng) LED 串的應(yīng)用包括但不限于路燈和停車(chē)場(chǎng)燈。長(zhǎng) LED 串是一種非常經(jīng)濟(jì)高效的驅(qū)動(dòng) LED 的方式。此外，由于LED將具有完全相同的電流，因此可以很好地控制亮度變化。此設(shè)計(jì)具有一個(gè) 24V 輸入、高達(dá) 75V 的 LED 輸出，并通過(guò) LED 串（或串，如果并聯(lián)）驅(qū)動(dòng) 1.5A 電流。測(cè)得的輸入功率為115.49W，輸出功率為111.6W，效率約為96.6%。

印刷電路板

印刷電路板（PCB）是用于MAX16834升壓設(shè)計(jì)的通用兩層電路板（圖1和圖3）。某些PCB功能是可選的，未填充在測(cè)試設(shè)計(jì)中;它們?cè)谠韴D（圖2）上顯示為“無(wú)爆音”。該布局使用IC下方的接地島，該接地島是單點(diǎn)連接到電源地，以實(shí)現(xiàn)低噪聲操作。該設(shè)計(jì)還使用了 TSSOP 版本的 IC，因?yàn)樵S多路燈制造商將沒(méi)有設(shè)備來(lái)正確焊接替代封裝 TQFN。圖 4 顯示了此設(shè)計(jì)的物料清單。

拓?fù)鋵W(xué)

此設(shè)計(jì)適用于 200kHz 連續(xù)升壓穩(wěn)壓器。在圖5中，電子表格打印輸出顯示了MOSFET和電感中的RMS和峰值電流。連續(xù)設(shè)計(jì)具有較低的 MOSFET 和電感器電流的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于當(dāng)MOSFET （Q2）導(dǎo)通時(shí)，電流流過(guò)輸出二極管（D1），因此輸出二極管中的反向恢復(fù)損耗會(huì)導(dǎo)致更高的耗散和更高的關(guān)斷噪聲。檢查圖6中的電路波形，可以看到MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間約為3.4μs，關(guān)斷時(shí)間約為1.5μs，占空比為69%。一旦 MOSFET 關(guān)斷，漏極電壓上升至輸出電壓加上肖特基二極管壓降。

場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)

由于采用連續(xù)設(shè)計(jì)，MOSFET和電感器峰值電流小于非連續(xù)設(shè)計(jì)。但是，由于在導(dǎo)通和關(guān)斷期間有電流流過(guò) MOSFET，因此 MOSFET 在兩次轉(zhuǎn)換期間都會(huì)經(jīng)歷開(kāi)關(guān)損耗。MAX16834驅(qū)動(dòng)MOSFET的力度足以使開(kāi)關(guān)在大約5ns內(nèi)導(dǎo)通，在10ns內(nèi)關(guān)斷（圖8和圖9），從而保持較低的溫升。如果EMI成為問(wèn)題，請(qǐng)更改MOSFET柵極上的串聯(lián)電阻R5以調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間。如果此操作導(dǎo)致功耗過(guò)大，請(qǐng)將第二個(gè)MOSFET Q2與Q1并聯(lián)，以降低溫升。

輸出電容

對(duì)于輸入和輸出電容，驅(qū)動(dòng)器使用陶瓷電容器。陶瓷電容器耐用且體積小，但電容有限，尤其是這種設(shè)計(jì)所需的額定電壓為 200V 時(shí)。在圖5中，設(shè)計(jì)電子表格表明驅(qū)動(dòng)器需要5.4μF才能滿足所需的輸出紋波電壓;為了降低成本和空間，該電路使用四個(gè)1.2μF電容（總共4.8μF）。因此，輸出電壓開(kāi)關(guān)紋波為2.88V（圖10和圖11），導(dǎo)致電流紋波為182mA。這是輸出電流的12%，略高于10%的目標(biāo)，但仍然可以接受。

變 暗

MAX16834非常適合調(diào)光。當(dāng)PWMDIM（引腳12）變低時(shí)，會(huì)發(fā)生三種情況。首先，開(kāi)關(guān)MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)（NDRV，引腳15）Q1變?yōu)榈碗娖?。這可以防止向 LED 燈串輸送額外的能量。其次，調(diào)光MOSFET Q20的柵極驅(qū)動(dòng)（DIMOUT，引腳4）變?yōu)榈碗娖?，立即限制LED串電流并保持輸出電容上的電壓恒定。最后，為了將補(bǔ)償電容保持在穩(wěn)態(tài)電壓，COMP（引腳5）變?yōu)楦咦杩?。這可確保IC在PWMDIM返回高電平后立即以正確的占空比啟動(dòng)。這些動(dòng)作中的每一個(gè)都允許較短的PWM導(dǎo)通時(shí)間，因此具有相當(dāng)高的調(diào)光比。

短導(dǎo)通時(shí)間的主要限制是電感的充電時(shí)間。查看圖12和圖13，您會(huì)發(fā)現(xiàn)電流很好地跟隨DIM脈沖。電流脈沖開(kāi)始時(shí)存在衰減，這是由于電感的斜坡上升時(shí)間（約12μs或大約2-3個(gè)開(kāi)關(guān)周期）造成的。查看波形，您會(huì)發(fā)現(xiàn)電壓完全恢復(fù)和建立大約需要40μs至50μs。如果DIM導(dǎo)通脈沖短于50μs，則輸出電壓在下一個(gè)關(guān)斷脈沖開(kāi)始時(shí)仍處于赤字狀態(tài)。這可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的行為，這種行為將持續(xù)到DIM占空比增加為止。因此，在滿載（1.5A）下，DIM導(dǎo)通脈沖不應(yīng)小于50μs。這意味著在100Hz的DIM頻率下，調(diào)光比為200：1。降低最小導(dǎo)通脈沖要求的唯一方法是增加輸出電容，這是昂貴的，一般照明通常不需要。如果降低LED電流，最小導(dǎo)通時(shí)間將下降，調(diào)光比可以提高。陶瓷電容器表現(xiàn)出壓電效應(yīng)，調(diào)光過(guò)程中會(huì)有一些可聞的噪音。但是，使用適當(dāng)?shù)碾娐钒灏惭b技術(shù)，可以將噪聲降至最低。

?VP （?VP）

在圖14中，LED串?dāng)嚅_(kāi)，MAX16834的過(guò)壓保護(hù)（OVP）電路在兩次重試之間關(guān)斷驅(qū)動(dòng)器約400ms。107V的峰值電壓高于83V的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫^(guò)沖是由低輸出電容和電感中存儲(chǔ)的能量引起的。

調(diào)整和各種其他輸入和輸出

R15是一款線性電位計(jì)，可將LED電流調(diào)節(jié)至0A至1.7A之間的任何電平。MAX16834具有輸入（SNYC），用于同步控制器的開(kāi)關(guān)頻率（如果需要）。UVEN 輸入允許外部控制驅(qū)動(dòng)器（開(kāi)/關(guān)）。REFIN輸入端的低阻抗源覆蓋電位計(jì)設(shè)置，并允許控制驅(qū)動(dòng)器電流。例如，微控制器中的緩沖DAC可以使用REFIN控制LED電流。FLT# 輸出在故障（如 OVP）存在期間變?yōu)榈碗娖?。一旦故障消除?a target="_blank">信號(hào)返回高電平;它不鎖存。

溫升

實(shí)測(cè)效率為96.63%（V在= 24.01V;I_IN = 1.49A;P在= 115.49W;V發(fā)光二極管= 74.9V;I_LED=1.49A;P外= 111.60W）。由于電路效率高，驅(qū)動(dòng)器的組件保持冷卻。最熱的元件是調(diào)光MOSFET，Q4，其溫升為41°C。 這種溫升主要是由于PCB占位面積小，如果增加漏極墊周?chē)你~面積，可以改善這種溫升。電感很大，溫升為 23°C，高于預(yù)測(cè)的 7°C（圖 15）。電感器可能會(huì)吸收一些MOSFET熱量，因?yàn)樗鼈児蚕硗粋€(gè)大銅焊盤(pán)。

溫度測(cè)量

以下溫度是使用實(shí)際LED負(fù)載測(cè)量的：

上電程序

在 LED+ 接線柱和 LED 接線柱之間連接一串多達(dá) 20 個(gè) LED，并串聯(lián)電流表以測(cè)量電流。（注意：如果LED的正向電壓匹配和/或添加了串聯(lián)平衡電阻，則可以使用并聯(lián)串。

在 V 之間連接一個(gè) 24V、6A 電源在郵政和GND帖子。

在 V 之間連接一個(gè) 24V、6A 電源在郵政和GND帖子。

在連接器 J2 上插入分流器。

打開(kāi) 24V 電源。

調(diào)整 R15 以將電流設(shè)置為 0 至 1.5A。

如果需要調(diào)光，請(qǐng)?jiān)?DIM IN 后和 GND 后之間連接一個(gè) PWM 信號(hào)（0V 至 3.3V）。

根據(jù)需要調(diào)整PWM占空比以獲得調(diào)光。

審核編輯：郭婷