LED 驅動(dòng)器應用中升壓轉換器的簡(jiǎn)單開(kāi)路保護

引言

驅動(dòng)高亮度 LED 的一種方法是對標準升壓轉換器拓撲進(jìn)行修改，以驅動(dòng)恒定電流通過(guò)負載。但是，這種實(shí)施方法存在一個(gè)嚴重問(wèn)題，因為 LED 串中出現的開(kāi)路故障會(huì )移除負載電流的通路。由于來(lái)自轉換器(此時(shí)在無(wú)反饋情況下工作)的高輸出電壓，這樣可能會(huì )對電路造成潛在損壞。本文為您介紹一種簡(jiǎn)單的健壯開(kāi)路故障保護方法，其使用一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻器，并且對總效率的影響可以忽略不計。通過(guò)將一個(gè)高壓升壓轉換器配置為一個(gè)恒流驅動(dòng)器，用于驅動(dòng) 3 支高亮度白光 LED，并在輸出端產(chǎn)生一個(gè)模擬故障狀態(tài)，我們可以驗證這種拓撲結構的功能性。該電路將輸出電壓控制在某個(gè)安全水平，并在受保護狀態(tài)下減少輸出電流。

典型高亮度 LED 升壓轉換器

我們常常對轉換器進(jìn)行修改，以在單節鋰離子(Li-Ion)、堿性及其它應用中驅動(dòng)高亮度 LED。在這些應用中，LED 串的電壓超出了電池或者電源軌電壓。在標準升壓配置結構中，利用一個(gè)分壓器產(chǎn)生電路的反饋電壓 VFB，從而對輸出電壓 VOUT 進(jìn)行監控。轉換器對輸出電壓進(jìn)行調節，讓 VFB 始終都等于片上參考電壓 VREF。這種拓撲為自適應型，可用負載代替反饋分壓器中的上層電阻器，從而保持恒定電流而非恒定電壓，如圖 1 中 LED 串所示。負載電流依賴(lài)于升壓轉換器的片上參考電壓，其計算方法如下：

這種簡(jiǎn)單實(shí)施方法存在的一個(gè)嚴重問(wèn)題是，LED 串中出現的開(kāi)路故障會(huì )移除負載電流的通路。當沒(méi)有電流流過(guò)反饋電阻器 RSET 時(shí)，VFB 被下拉至接地。作為響應，升壓轉換器會(huì )盡可能地增加其工作占空比至最大值，目的是在反饋 (FB)針腳上維持正確的電壓。利用理想化的升壓轉換器傳輸函數表明，當轉換器接近其最大占空比時(shí)，可以產(chǎn)生高輸出電壓 (VOUT)。請思考一個(gè)90%(常用值)典型最大占空比且 5V 輸入的升壓轉換器：

轉換器輸出端高壓帶來(lái)發(fā)生多次故障的可能性。這種電壓可能會(huì )超出內部或者外部開(kāi)關(guān)式器件或者無(wú)源組件的額定值。另外，如果在沒(méi)有采取保護措施的情況下操作電路，它還會(huì )給用戶(hù)帶來(lái)潛在危險，并可能會(huì )在連接時(shí)損壞負載。

圖 1 無(wú)開(kāi)路保護 LED 驅動(dòng)器高壓升壓轉換器結構

保護電路

在出現開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，負載電流必須有一條備用通路。盡管將一個(gè)電阻器與 LED 串并聯(lián)可以提供一條通路，但其并不理想，因為它會(huì )引起巨大的效率損失。替代配置(圖 2)由一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻器組成，可提供足夠的系統保護，并且效率損失微乎其微。

圖 2 有開(kāi)路保護 LED 驅動(dòng)器電路

當負載電流通路被移除時(shí)，輸出電壓上升，直到齊納二極管 ZD1 開(kāi)啟，同時(shí)電流流經(jīng) RPRO 和 RSET 接地。輸出電流由 RPRO 和 RSET 的串聯(lián)組合決定，因為 VFB 受到驅動(dòng)后等于內部帶隙參考電壓 VREF。因此，輸出保護電流默認為：