5S2P AR111 LED燈的驅動(dòng)器設計介紹

本文介紹了一個(gè)用于2并5串(5S2P)組合的AR111 LED燈的驅動(dòng)器參考設計。

　　概述

　　本參考設計以MAX16819為主控制器，為5S2P AR111 LED燈提供buck-boost驅動(dòng)方案。圖1為電路原理圖，圖2給出了設計布局圖。

　　如下為電氣輸入要求、輸出特性：

　　VIN：12VAC ±10%

　　PWM輸入：不適用

　　VLED配置：5S2P，每只LED電壓為3VDC至3.8VDC (每串19VDC，最大值)，每串電流500mA

　　以下詳細討論了該參考設計，分析其主電路模塊和設計規范。

　　圖1. LED驅動(dòng)器原理圖

　　圖2. LED驅動(dòng)器布局

　　設計分析

　　AR111 LED燈參考設計可驅動(dòng)總共10只LED—2串并聯(lián)、每串5只LED。輸入電壓為12VAC、容差±10%。肖特基二極管D1至D4構成全波整流電路，電容C1至C8用于電壓濾波。根據對LED閃爍的要求，可以去掉一些濾波電容以降低成本。這些電容中包含一個(gè)鉭電容，具有較好的溫度特性。

　　因為L(cháng)ED按照5S2P排列，不可能達到完全匹配的電流。假設LED燈具有良好的匹配度，使電流差異降至最小?？刂泼看甃ED的數量及混合架構的燈管數量，有助于減輕電流匹配度的影響。

　　MAX16819設計用作buck調節器，也可以設置成buck-boost模式。但是，這種配置下會(huì )犧牲一定的電流精度。

　　電感選擇

　　按照下式計算LED電流：

　　其中，IL是電感電流。上式表明LED電流等于輸入、輸出電壓修正后的電感電流。VIN的波動(dòng)(120Hz紋波)將導致LED電流隨之波動(dòng)。

　　利用下式計算電感電流：

　　本設計中，平均LED電流為1A，平均VIN為13V，平均VLED為19V。因此，所要求的電感電流為：

　　可利用80mΩ檢流電阻調整電感電流。輸入電壓較低(假設10V左右)時(shí)，LED電流跌落到大約850mA;輸入電壓達到16V時(shí)，LED電流可以達到1.12A左右。

　　電感L1工作在250kHz開(kāi)關(guān)頻率，平均電流為2.46A，峰值電流為2.83A?？蛇x擇Coilcraft®的電感MSS1260-393ML，電感值為39µH，額定連續電流為2.6A (40°C溫升)，飽和電流為3.08A (電感值下降10%)。

　　過(guò)壓保護

　　負載開(kāi)路時(shí)，R7、R8和Q2可提供過(guò)壓(OV)保護。如果沒(méi)有過(guò)壓保護電路，處于開(kāi)路狀態(tài)的LED將導致輸出電壓失控，損壞器件。過(guò)壓保護門(mén)限約為30V。

　　熱管理

　　R2、R4、R5、R6和U2提供折返式熱管理。R4為100kΩ負溫度系數熱敏電阻(常數B = 4250)。當溫度達到50攝氏度時(shí)，電阻R4的阻值降低，使U2控制引腳的電壓提高，導致部分電流流過(guò)R6和R2。這些電流可降低輸入檢流電阻R1的電壓，從而降低電感和LED的電流。隨著(zhù)溫度的升高，R2電壓進(jìn)一步增大，使LED電流進(jìn)一步降低。最后，隨著(zhù)LED電流的降低，使溫度恢復到正常范圍，達到系統平衡。折返式熱管理架構允許LED燈用于空氣流通條件有限的場(chǎng)合，無(wú)需考慮過(guò)熱問(wèn)題。熱管理可能使燈管亮度受到輕微影響，但仍可保持能夠接受的照明亮度。

　　Q1 (STN3NF06L)為60V、0.07Ω、邏輯電平控制的MOSFET，采用SOT223封裝。這款MOSFET具有很小的柵極總電荷(Qg = 9nC，最大值)，能夠使開(kāi)關(guān)損耗保持在最小。器件損耗近似為：400mW (傳導損耗)和500mW (開(kāi)關(guān)損耗)，共計900mW。封裝熱阻為38°C/W，將導致管芯溫度比PCB溫度高出34°C。還需考慮可能的誤差因素，以保留更多裕量。

　　PCB布局

　　PCB設計中，所有器件都放置在電路板頂層，底層保留用作地。實(shí)際應用中，電路安裝在鋁結構上，能夠提供較好的接地和散熱性能。頂層設計采用較大的覆銅面積，以改善與鋁結構之間的導熱能力。