该参考设计用于TFT显示屏的LED背光驱动,输入电气要求和输出特性如下:
VIN:8VDC (1.667A)至18VDC (730mA);可承受50VDC瞬态电压
PWMIN:250Hz脉冲串;2µs (最小值)脉冲;0mA时大于3.3VDC;10mA时小于0.3VDC
VLED配置:6或8只LED (2.89VDC至4.2VDC)串联(34VDC,最大值);三串并联,每串电流150mA
图1. 基于MAX16809的驱动器电路板
图2. 驱动器设计原理图
图3. 驱动器设计PCB布局
电路简述
本参考设计采用MAX16809作为主控制器,用于电源升压转换和16端口的LED驱动。 16个端口中的15个端口按照五个端口组成一组,用于驱动三串并联的LED。 Boost电源的输出电压始终高于输入电源电压。 Boost电源工作频率为200kHz,速率足以满足选择小尺寸功率元件的需求,而且,这样的开关频率也不会导致开关MOSFET过热。
设计在输出端采用两个低ESR电解电容。 当PWM信号关闭负载使其电流为零时,这些电容用来吸收电源的电感能量。 用于LED串的输出电压可通过4引脚连接器提供:V发光二极管+连接在连接器的第1引脚,VLED-引脚分别连接到连接器的第2、3、4引脚。 必要时可以使用所提供的输出滤波电容焊盘; 本设计中没有安装这些电容。 Q2-D2-R8电路为电流模式PWM控制器提供了斜率补偿。 该电路跟随RTCT电压波动,向R7注入电流,从而产生斜坡电压,防止在占空比超过50%时(当输入电压较低时)导致控制器谐波振荡。
这个boost电路的反馈有两种模式:自适应和静止。 自适应模式(当PWM信号为高时)下将产生“二极管或”输出,从而使最低驱动器电压(最大LED串联压降)被调整到大约1.0VDC,为保证LED驱动器正常工作提供足够裕量。 其它LED串具有较低的串联压降,所以这些驱动器具有更大裕量。 自适应模式把由线性LED驱动器产生的功耗降至最低。 该模式下,当LED的绝对正向导通电压不太严格时,LED之间正向导通电压的相对误差应控制在200mV以内。 为改善散热,MAX16809必须与大面积覆铜层之间有良好的导热通道,可通过封装裸焊盘下方的过孔实现散热。 该参考板中利用底层的地平面为IC散热,如果使用面积更大的多层地平面,散热效果会更好。
静止模式下(PWM信号为低),按照与传统电源类似的方式调整VLED,电压上升至在很短的脉冲内保证工作的电压值。 因为电源磁场无法在很短的脉冲内快速建立足够的储能,所有能量必须由输出电容提供。 静止模式必须保证这些电容能够充电达到足够的储能,在电感响应之前维持足够的能量。 启动静止模式时,输入电流浪涌会高于自适应模式下的电流。 这是因为需要对较大的输出电容进行充电。 导通期间的绝大多数时间内,能量由输出电容补充,开关静止、输入电流跌落至零。
齐纳二极管D10为电路提供过压保护,如果一串LED断开,自适应电压控制将尝试提高VLED以满足1.0VDC要求。 D10将最高输出电压限制在38.5VDC。 虽然该高压不会损坏电路,但LED驱动器的功耗可能导致MAX16809过热。 发生这种情况时,芯片内部电路将关断驱动器,直到温度下降到适当值,这会导致LED闪烁。 对于6S3P配置,在连接器J3处安装跳线,使D6与D10并联,将钳位电压降至29VDC。
通过R5 (576Ω)将每串LED驱动电流设置在30mA,如果将5路驱动器并联驱动一串LED,其驱动电流可以达到150mA。
施密特反相触发器U2配置成振荡器,为MAX16809的SPI™输入提供时钟。 由于DIN接高电平,将向内部寄存器输入一串“1”,开启所有LED驱动器。 U2还用于对PWM信号反相转换,以满足MAX16809的OE#输入要求。
U3 (MAX6397TATA过压保护电路)能够在发生抛负载时提供输入保护并为MAX16809的线性驱动器提供3.3VDC供电电源。 R15/R16将关断电压设置在18.85VDC。 选取Q3,使在低输入电压下应具备最小导通压降。 满负荷时,测量到的最小工作电压为7.82VDC。 REG输出为MAX16809线性驱动器(V+输入)、U2以及R11上拉电阻提供3.3VDC直流电源。
性能测试和结果
图4. V在= 18V、V在 = 36V时的MOSFET电流和电压
图5. 1µs脉冲和1ms脉冲时的VLED和输入电流,V发光二极管在静止模式和自适应模式下交替转换。 注意,静止模式下,输入浪涌电流为输出电容充电。
图6. 2ms脉冲和3.9ms脉冲时的VLED和输入电流
温度测量
VIN |氛围 | 8V直流|+20°C |
TU1 | +38°C |
TU3 | +36°C |
TQ1 | +37°C |
TQ3 | +34°C |
TL1 | +37°C |
UDP | +37°C |
VIN |氛围 | 36V直流|+20°C |
TU1 | +39°C |
TU3 | +45°C |
TQ1 | +32°C |
TQ3 | +31°C |
TL1 | +31°C |
UDP | +31°C |
上电过程
将三串LED (每串8只LED)连接至连接器J1。 如果连接器J3安装跳线,也可以将三串(每串6只)的LED连接到连接器J1。
LED串的正端必须与J1的第1引脚连接; LED串的负端必须与J1的第2、3、4引脚连接。
将没有上电的8V至20V (4A额定电流)直流电源连接至系统输入,务必确认极性正确。
打开电路电源。
在J4提供250Hz脉冲波,脉冲摆幅为0V至3.3V,占空比为0.05%至100%。
检流电阻R3两端的大尺寸过孔提供低噪探头,可以连接一个接地线圈和单端示波器探头。
审核编辑:郭婷
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