类汽车LED照明属性驱动电路安全设计浅析

2017-09-05 10:23

在一些应用中，比如汽车LED照明，由于LED的位置通常离司机较远，从而需要增加短路保护。

非同步、升压、电源转换拓扑通常用于LED驱动器中，在这些情况中，输入电压不足以对一组串联/并联LED灯串进行正向偏置。这种电感式开关拓扑生成了实现LED电流调节所需的恒流制输出电压，并且通常用于LCD背光应用。在LED矩阵应用中，例如汽车内部和外部照明，由于远离司机，输出对地短路的可能性是真实的，甚至可能是灾难性的。保护电路能限制电流并作为电子断路器，可以防止灾难性的故障。

如图1所示，升压转换器的输入通过升压电感器（L1）和升压二极管（D1）物理连接其输出。因此，输出端的短路会使升压电感器饱和，造成电流尖峰，足以损坏升压二极管。更糟糕的是，短路还可以破坏与输入相关的所有连接，包括脉宽调制（PWM）控制器。显然，在使用这种拓扑来为远程LED供电时，需要某种形式的电路保护。我们接下来要考虑一种通用且低成本的电路，可以优化保护升压转换器和防止输入端出现短路负载的情况。此外，我们将介绍一个电路模拟，验证所需的响应。

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图1. 基于非隔离升压拓扑的LED驱动电路

限流器和电子断路器

电流分流监视器（CSM）是一种高精度、高增益差分电流检测放大器，经常用于监视输入和输出电流。图2展示的是其典型的配置。这个特定器件集成了一个开漏比较器，可以将其编程，在预设定的线路电流上跳闸、锁存和复位。

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图2. 电流分流监视器组件增加了保护

此比较器的输出可用于控制外部MOSFET开关，可以在几微秒内中断负载短路。除了在输出故障情况下中断输入电流之外，模拟输出可用于解决开关稳压器上所谓的“负输入阻抗”。输入电压降低时，“负输入阻抗”将导致输入电流增加。

通过将输入电流与输出电流以合乎逻辑的配置相连，可实现对输入的控制。其目的是生成复合反馈信号，驱动PWM控制器，如图3中所示。随后，CSM覆盖输出电流反馈，并迫使LED电流随着输入电压的下降降到一个预设电平，从而限制输入电流。

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图3. 输入限流器依赖于感测输入和输出电流

电路操作

图4显示了带输出短路保护功能的升压转换器LED驱动器的电路实现方式。电路中所示的欧司朗光电半导体Ostar LED是针对汽车前照灯应用的器件，实际上是绝缘金属基板上的一个完整的五芯片LED。该器件的浪涌电流额定值为2A，小于10μs，以及1A时典型的的18V正向电压。LED电流由检测电阻（RSNS）设定，它的值与PWM转换器的内部带隙基准成比例 (RSNS = VREF/ILED)。使用具有低参考电压的升压转换器有助于实现更高的转换器效率，并降低组件热应力。

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