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LED开路过压保护电路的工作原理

2009-12-24 11:06
苏子言岁月
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作者:John Betten,德州仪器 (TI) 应用工程师

  要想保证 LED 串的亮度恒定,其驱动电流必须是可调节的。人们通常使用升压转换器将电压电平升压至足够高的水平,以使 LED 偏置并导通。调节 LED 串电流的典型方法是增加一个与 LED 串联的检测电阻器并将其两端的电压作为 脉宽调制 (PWM) 控制器的反馈输入。如果串联 LED 中某个 LED 或某段导线发生故障,则电路就会呈开路负载的状况。

  在这种情况下,电流检测电阻两端的电压下降到零。当通过增加 PWM 导通时间来提升输出电压失败的时候,控制电路响应将尝试增加 LED 电流。在大多数情况下,输出电压会急剧飙升,直到输出电容、二极管和/或功率 FET 过应力并被损毁。使用图 1 所示的简单LED开路过压保护电路就可以避免出现这种情况。


图 1 一个简单的 LED 驱动器过压保护电路

  该升压电路通过电阻 R14 测量 LED 电流并实施电流模式控制。该电路把输出电压提升到 30V 以上,以 0.35A 的调节电流驱动 10 个 LED。设计人员常常会添加串联电阻 R9 并利用它来测量并验证反馈环路的稳定性。在实际应用中,可能会用零欧姆电阻替代这个电阻。图中给出的开路保护电路采用了 R9,它与齐纳二极管 D2 一起提供了更多的功能。

  在正常工作情况中,LED 电流取决于 0.26V 的 PWM 控制器内部参考电压除以 R14 电阻的值。由于 R14 两端的压降在正常工作条件下将一直保持在 0.26V,因此在 R5 和 R9 串联电阻的两端没有压降。R5 与 R9 之和将用来设定环路增益而不影响输出电流调整点。D2 这时没有导通,因为它被有意设置为比正常输出电压高 20%。

  当开路 LED 发生故障时,D2、R9 和 R14 成为输出两端的负载。控制器会迫使输出电压升高,直到输出电压达到约 36V 为止。D2 开始导通,使电流通过 R9 和 R14 流向接地,从而把 TP1 上的感应电压提升到 0.26V。这就向控制器提供了一个必不可少的反馈电压。输出调整到 36V 左右,源电流等于 0.26V除以 51 欧姆(约等于 5mA)。这使 D2 上的功率降至最低。如果将 D2 直接接到 LED 串的两端,在开路期间的总输出电流将流经 D2,如果 D2 无力承受这样大的功率则会立即被烧毁。

  图 2 显示了开路测试时的 LED 电流和升压转换器的输出电压。LED 电流立即从 0.35A 下降到 0A,继而输出电压升高。齐纳二极管一旦达到 36V 的钳位电压,齐纳电流随即产生,调节过程也重新确立,输出电压将保持在 36V。由于控制环路的响应时间问题,在转换期间输出电压会出现轻微的过冲。(编辑:仰望星空)

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