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LED開途經壓保護電路的工作原理

作者:John Betten,德州儀器 (TI) 利用工程師
  要想保證 LED 串的亮度恒定,其驅動電流必需是可調節的。人們通常應用升壓轉換器將電壓電平升壓至足夠高的程度,以使 LED 偏置并導通。調節 LED 串電流的典范方法是增加一個與 LED 串聯的檢測電阻器并將其兩真個電壓作為 脈寬調制 (PWM) 把持器的反饋輸進。假如串聯 LED 中某個 LED 或某段導線產生故障,則電路就會呈開路負載的狀態。
  在這種情況下,電流檢測電阻兩真個電壓降落到零。當通過增加 PWM 導通時間來晉升輸出電壓失敗的時候,把持電路響應將嘗試增加 LED 電流。在大多數情況下,輸出電壓會急劇飆升,直到輸出電容、二極管和/或功率 FET 過應力并被損毀。應用圖 1 所示的簡略LED開途經壓保護電路就可以避免呈現這種情況。


圖 1 一個簡略的 LED 驅動器過壓保護電路

  該升壓電路通過電阻 R14 丈量 LED 電流并實行電流模式把持。該電路把輸出電壓晉升到 30V 以上,以 0.35A 的調節電流驅動 10 個 LED。設計職員經常會添加串聯電阻 R9 并利用它來丈量并驗證反饋環路的穩固性。在實際利用中,可能會用零歐姆電阻調換這個電阻。圖中給出的開路保護電路采用了 R9,它與齊納二極管 D2 一起供給了更多的功效。
  在正常工作情況中,LED 電流取決于 0.26V 的 PWM 把持器內部參考電壓除以 R14 電阻的值。由于 R14 兩真個壓降在正常工作條件下將一直保持在 0.26V,因此在 R5 和 R9 串聯電阻的兩端沒有壓降。R5 與 R9 之和將用來設定環路增益而不影響輸出電流調劑點。D2 這時沒有導通,由于它被有意設置為比正常輸出電壓高 20%。
  當開路 LED 產生故障時,D2、R9 和 R14 成為輸出兩真個負載。把持器會迫使輸出電壓升高,直到輸出電壓達到約 36V 為止。D2 開端導通,使電流通過 R9 和 R14 流向接地,從而把 TP1 上的感應電壓晉升到 0.26V。這就向把持器供給了一個必不可少的反饋電壓。輸出調劑到 36V 左右,源電流即是 0.26V除以 51 歐姆(約即是 5mA)。這使 D2 上的功率降至最低。假如將 D2 直接接到 LED 串的兩端,在開路期間的總輸出電流將流經 D2,假如 D2 無力蒙受這樣大的功率則會立即被燒毀。

  圖 2 顯示了開路測試時的 LED 電流和升壓轉換器的輸出電壓。LED 電流立即從 0.35A 降落到 0A,繼而輸出電壓升高。齊納二極管一旦達到 36V 的鉗位電壓,齊納電流隨即產生,調節過程也重新確立,輸出電壓將保持在 36V。由于把持環路的響應時間標題,在轉換期間輸出電壓會呈現稍微的過沖。