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非隔离式反激式LED驱动电路的设计

星星科技指导员 来源:ADI 作者:ADI 2023-06-12 16:17 次阅读

反激型LED驱动器比较通用,因为该结构可以用于输入电压高于或低于所要求的输出电压。 此外,当反激电路工作在非连续电感电流模式时,能够保持LED电流恒定,无需额外的控制回路。 本应用笔记所描述的电路基于高度集成的MAX16802 PWM LED驱动器IC

应用

LED轨道照明

通用LED照明设备

特性

10.8V至24V输入电压范围

为单个3.3V LED供电,提供350mA (典型)电流(其它LED配置结构,请按照设计步骤进行设计)

29V (典型值)阳极对地的最大开路电压

262kHz开关频率

逐周期限流

通/断控制输入

允许使用低频PWM信号调节亮度

可以调整电路以适应多种形式的串联、并联LED配置

典型应用电路

wKgaomSG1ICAG4NFAAA0AG3k8jI949.gif

注意:当+VLED和-VLED不与LED连接时,请勿给电路供电。

指定 数量。 描述
C1 1 1nF ±10%, 50V X7R 陶瓷电容器 (0603) TDK C1608X7R1H102K
C2 1 220pF ±10%, 50V X7R 陶瓷电容器 (0603) TDK C1608X7R1H221K
C3, C4, C7 3 0.1μF ±10%, 50V X7R 陶瓷电容器 (0603) TDK C1608X7R1H104
C5 1 10μF ±10%, 25V X7R 陶瓷电容器 (1206) TDK
C6 1 10μF ±10%, 16V X7R 陶瓷电容器 (1206) TDK C3216X7R1C475K
C6 1 10μF ±10%, 16V X7R 陶瓷电容器 (1206) TDK C3216X7R1C475K
D1 1 40V, 1A 肖特基二极管 (SMA) CMSH1-40M 中央半导体
L1 1 10μH 电感器线艺 DO3308P-103
第一季度 1 40V, 0.045W 场效应管 Vishay Si2328DS
R1、R3 2 499kΩ ±1% 电阻 (0603)
R2 1 22.1kΩ ±1% 电阻 (0603)
R4 1 73.2kΩ ±1% 电阻 (0603)
R5 1 100kΩ ±5% 电阻 (0603)
R6 1 150Ω ±1% 电阻 (0603)
R7 1 100Ω ±1% 电阻 (0603)
R8 1 10Ω ±5% 电阻 (0603)
R9、R10 2 1Ω ±1% 电阻 (0805)
R11 1 1Ω ±1% 电阻 (0805)
U1 1 PWM IC maxim: MAX16802AEUA (8 引脚 μMAX®)

电路拓扑

开环,非隔离型反激LED驱动器十分通用,而且使用方便。 它具有一系列优点,非常受欢迎。 这些优点包括:

无需外部控制环路即可调节LED电流

非连续电感电流传输降低EMI辐射

较低的开关导通损耗

简单的电路设计流程

LED电压可高于或低于输入电压

较宽的输入电压范围

可以方便地接入PWM亮度调节信号

最大的优点是简单,代价是存在以下缺点:

LED电流受元件容限的影响,例如,电感和检流比较器传输延迟

非连续电感电流工作模式,使该拓扑结构更适合于低功耗应用

设计步骤

最重要参数是LED的电流。 高亮度LED的工作电流一般为几百mA。 为了延长LED的工作寿命,电流必须保持恒定; 电源从本质上说是一个电流驱动器。 可以通过几种方案实现,一个简单而且低成本的解决方案是:采用专用的电流模式PWM控制器IC,例如MAX16802。 该器件的优点是:

高集成度—所需的外围元件很少

高达262kHz开关频率

微小的8引脚µMAX封装

较小的检流门限,降低损耗

相当精确的振荡频率,有助于减小LED电流变化

片上电压反馈放大器,可用于限制输出开路电压

给定LED参数为:

wKgZomSG1IGAXe3wAAAGjplgBGk308.gif

步骤1:计算最小输入电压下最佳占空比的近似值:

wKgaomSG1IOAbDbwAAAGVsT00-g720.gif

其中Rb为整流器电阻,与应用电路中的R11相同,在本应用中设定为1Ω。 VD为整流二极管D1的正向压降。

将已知数值代入上式得到

wKgZomSG1ISAAhQzAAAB0ytwbLM472.gif

步骤2:计算峰值电感电流的近似值

wKgZomSG1ISAAhQzAAAB0ytwbLM472.gif

其中Kf为临界“误差系数”,这里设为1.1。

将已知值代入上式得到:

wKgaomSG1IaAH38JAAAB5VuNWes386.gif

步骤3:计算所需电感的近似值,并选择小于并最接近于计算值的标准电感:

wKgZomSG1IeAEt_CAAAC0POuHxs162.gif

其中L为应用电路中的L1; f为开关频率,等于262kHz。

将已知值代入上式得到:

wKgaomSG1ImAIcfbAAACku_T6QY277.gif

低于该值、最接近的标准值为10µH。

步骤4:通过反激工作过程传递到输出端的功率:

wKgZomSG1IqAT5wBAAAEcIolzhg462.gif

输出电路的损耗功率等于:

wKgaomSG1IuAUDAZAAAGE-KCYdw939.gif

根据能量守恒原理,上述两个式子应该相等,即可得到一个更精确的峰值电感电流:

其中L为实际选择的标准电感值。

将已知数值代入上式可得:

wKgZomSG1I2AWm8eAAAB6OVOdY8383.gif

步骤5:计算检流电阻,由R9和R10并联而得; 计算电压检测分压电阻(如果需要),由R6和R7组成。

MAX16802的限流门限为291mV。 因此选择R9、R10、R6和R7,满足步骤4所计算的电感峰值电流。

这步完成后,即可得到应用电路中的各个元件值,该电路可提供12V、350mA输出。 因为存在寄生效应,因此电阻值(R7)需要进行适当调整,以得到所期望的电流。

步骤6:R1和R2可选。 它们用于调整+VLED至29V。 这在输出端出现意外开路时非常有用。 如果没有上述元件的分压,输出电压有可能上升,导致器件损坏。

元件C1和R5也为可选,用于稳定电压反馈环路。 对于当前应用,可以不使用这些元件。

低频PWM亮度调节

控制LED灯源亮度的最好办法是通过一个低频PWM脉冲调制LED电流。 使用这种方法,LED电流根据占空比的变化触发脉冲,同时保持电流幅度恒定。 这样,器件发出的光波波长在整个调节范围内保持不变。

利用下面电路可实现PWM亮度调节。

wKgaomSG1ICAG4NFAAA0AG3k8jI949.gif

特性曲线

wKgaomSG1JCAAqvuAAAaIyrmmQk607.gif

印刷电路板

wKgZomSG1JKAaKrcAAAbIhPPBMQ972.gif

审核编辑:郭婷

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