150W多串LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)

多串LED線路廣泛應(yīng)用于路燈、洗燈和其他一般照明產(chǎn)品。一般解決驅(qū)動(dòng)多串LED線路的方法是使用多通道線性電流穩(wěn)壓器。使用線性電路的方法后，穩(wěn)壓器就沒有產(chǎn)生電磁干擾的問題了。和使用個(gè)別LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)每個(gè)LED線路的方法比較起來，多通道解決方案可以提供較好的串對串電流嗜范齲也比較容易檢測與發(fā)現(xiàn)LED線路的故障。線性電流穩(wěn)壓器是一個(gè)直流電源輸入裝置，可以是一個(gè)交流/直流的轉(zhuǎn)換器，或是一個(gè)直流/直流的轉(zhuǎn)換器。如果電源是直流電，電壓遠(yuǎn)低于LED線路的順向電壓，我們就會(huì)使用到升壓轉(zhuǎn)換器。本文將介紹使用升壓轉(zhuǎn)換器和線性電流穩(wěn)壓器的4串LED線路、150瓦的LED驅(qū)動(dòng)器。表1所示為其設(shè)計(jì)的規(guī)格。

電路概述

圖1所示為一個(gè)150瓦LED驅(qū)動(dòng)器的方塊圖。由圖可看出其為升壓轉(zhuǎn)換器使用一個(gè)LM3430的控制器，控制器電源來自18～24V的直流系統(tǒng)軌電壓(VRAIL)，用以供應(yīng)LED線路。LED電流受到一個(gè)4通道線性電流穩(wěn)壓器LM3464調(diào)節(jié)。動(dòng)態(tài)余量控制(Dynamic Headroom Control， DHC)方法會(huì)被執(zhí)行以求達(dá)到最大的效率。這主要是包含到從LM3464到LM3430的訊號(hào)授，為了讓電力損失最小化，LM3430就會(huì)適度地調(diào)整系統(tǒng)軌電壓到最小值。在LED電源開啟時(shí)，LED的順向電壓因溫度升高而慢慢降低(以分計(jì))并減少運(yùn)行中的軌電壓，這樣就能夠有效降低電流穩(wěn)壓器的電力損失，也因此提升整體效能。

線性多串LED驅(qū)動(dòng)器

圖2所示為由LM3464執(zhí)行的四通道線性電流穩(wěn)壓器圖解，每個(gè)LED線路都是由系統(tǒng)軌電壓供電動(dòng)，也連接著它相應(yīng)的線性電流穩(wěn)壓器(1～4通道)。這是由金氧半場效晶體管(Q1～Q4)和一個(gè)感測電阻器(RSNS1到RSNS4)所組成。金氧半場效晶體管由LM3464控制，使得感測電阻器上的跨壓因而下降，被調(diào)節(jié)到0.2V，從而調(diào)節(jié)LED電流。

LM3464電路主要設(shè)計(jì)的元件是授電阻器電路RFB1、RFB2和RDHC，這和VRAIL(nom)的電壓飾VDHC_READY、VLED和VRAIL(peak)有關(guān)，如圖3的啟動(dòng)波形所示。在啟動(dòng)時(shí)，LM3430在LM3464之前啟動(dòng)，以執(zhí)行升壓轉(zhuǎn)換器，同時(shí)將 VRAIL調(diào)節(jié)至VRAIL(nom)。在這段期間沒有動(dòng)態(tài)余量控制因?yàn)長M3464還沒啟動(dòng)。其次當(dāng)CDHC 的電壓(一個(gè)電容器從LM3464的CDHC引線連接到地面)到達(dá)5.55V時(shí)，LM3464將VRAIL提高到VDHC_READY，這是一個(gè)高到足以開啟LED線路的電壓。

之后，動(dòng)態(tài)余量控制就會(huì)啟動(dòng)，將VRAIL調(diào)節(jié)至VLED，能以最小電壓開啟所有LED線路以獲得最大的效率。因此，VRAIL(nom)和VDHC_READY的設(shè)計(jì)值是參考VLED，足以支援VLED的差異。在本文中，VLED是39V，VRAIL(nom)和VDHC_READY分別被設(shè)計(jì)成30V和42V。最后，當(dāng)LM3464的OutP引線連接地面發(fā)生短路時(shí)，VRAIL(peak)會(huì)產(chǎn)生最大值的VRAIL。VRAIL(peak)也可能是最高的VRAIL，讓升壓轉(zhuǎn)換器能夠輸出。因此，升壓轉(zhuǎn)換器必需能夠輸出VRAIL(peak)，而不超過輸出額定電壓。在本文中，VRAIL(peak)是設(shè)定在45V，所以額定電壓是50V的輸出電容器都可以使用。

主要元件的設(shè)計(jì)

下列步驟是主要元件的選擇細(xì)節(jié)，包括RFB1、RFB2、RF1、RF2、 RDHC，也涉及VRAIL(nom) 、VDHC_READY、VLED、VRAIL(peak)。

RFB1和RFB2：藉由LM3430透過VDHC接腳流入電流，LM3464提高了VRAIL，直到VLedFB接腳的電壓到達(dá)2.5V時(shí)，VRAIL會(huì)達(dá)到42V的VDHC_READY。授電阻器RFB1和RFB2分別被設(shè)計(jì)成57.6k?和3.65k。

RF1和RF2：當(dāng)VRAIL(nom)是30V時(shí)，從LM3430上FB接腳的電壓會(huì)被調(diào)節(jié)至1.25V，而授電阻器RF1和RF2分別被設(shè)計(jì)成1.91k?和44.2k。

RDHC：RDHC的值可以根據(jù)VRAIL(peak)來定義，在本文中，VRAIL(peak) 是45伏，RDHC是1.7kΩ。

電流偵測電阻器： 流過感測電阻器的電流，電阻器的跨壓時(shí)被調(diào)節(jié)成0.2V。在本文中，LED的電流是1A，所以感測電阻器被設(shè)計(jì)成0.2Ω(=0.2V/1A)。

升壓轉(zhuǎn)換器

圖4所示為LM3430所執(zhí)行的升壓轉(zhuǎn)換器圖解，以下是選擇主要元件細(xì)節(jié)的說明。

電感器選擇：對于一個(gè)24V典型的輸入電壓來說，藉由動(dòng)態(tài)余量控制的方法能將VRAIL調(diào)節(jié)至VLED為39伏，經(jīng)計(jì)算后的輸入電流和負(fù)載比率是6.5A和38.5%。常見的選擇有電感器電流波ILripple，是一般電感器電流的30%，就是1.95A。300kHz的開關(guān)頻率，即時(shí)ton是1.28μs。因此可以得出計(jì)算的電感值為15.7μH，標(biāo)手15μH會(huì)被選定。另一方面，當(dāng)輸入的電壓最小時(shí)(18V)，輸入的電流是最大，也就是8.67A?？紤]到效率問題時(shí)，實(shí)際輸入的電流可能比計(jì)算值大很多。我們應(yīng)該選擇有高飽和電流和低等效串聯(lián)電阻。

金氧半場效晶體管和二極管：金氧半場效晶體管和二極管的額定值視其開啟電流而定，這和輸入電流最大值有關(guān)。在150瓦輸出電源的情況下，電源功耗很大，所以需要一個(gè)好的散熱器。

輸出電容器和濾波器：輸出電容器控制著升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓漣波。這也和調(diào)光期間輸出電壓的暫態(tài)回應(yīng)有關(guān)，應(yīng)選擇具負(fù)載變化的升壓轉(zhuǎn)換器。這邊選用了470μF的電容器。為了進(jìn)一步減少軌道電壓的漣波，我們也選用一個(gè)2.2μF的陶瓷電容器和一個(gè)LC濾波器。當(dāng)VRAIL(peak) 為45V時(shí)，輸出電容器的額定電壓大于50V。最后我們會(huì)應(yīng)用LC濾波器以進(jìn)一步減少VRAIL的電壓漣波。

補(bǔ)償設(shè)計(jì)：由R1、C1組成的一個(gè)主導(dǎo)極點(diǎn)，和一個(gè)內(nèi)部運(yùn)算放大器被設(shè)計(jì)成閉路循環(huán)。閉路的直流電增益為40dB，這是高到足以讓VRAIL獲得一個(gè)小穩(wěn)態(tài)誤差的狀況。此外，穩(wěn)態(tài)誤差同時(shí)可經(jīng)由動(dòng)態(tài)余量控制達(dá)到最小化。截止頻率被設(shè)計(jì)成5kHz。這是在LED調(diào)光期間，在暫態(tài)負(fù)載的情況下所獲得很好的暫態(tài)回應(yīng)。