150W多串LED驅(qū)動器設(shè)計

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。和使用個別LED驅(qū)動器驅(qū)動每個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準(zhǔn)確度，也比較容易檢測與發(fā)現(xiàn)LED線路的故障。線性電流穩(wěn)壓器是一個直流電源輸入裝置，可以是一個交流/直流的轉(zhuǎn)換器，或是一個直流/直流的轉(zhuǎn)換器。如果電源是直流電，電壓遠低于LED線路的順向電壓，我們就會使用到升壓轉(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)動器。表1所示為其設(shè)計的規(guī)格。

電路概述

圖1所示為一個150瓦LED驅(qū)動器的方塊圖。由圖可看出其為升壓轉(zhuǎn)換器使用一個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4通道線性電流穩(wěn)壓器LM3464調(diào)節(jié)。動態(tài)余量控制(Dynamic Headroom Control， DHC)方法會被執(zhí)行以求達到最大的效率。這主要是包含到從LM3464到LM3430的訊號迴授，為了讓電力損失最小化，LM3430就會適度地調(diào)整系統(tǒng)軌電壓到最小值。在LED電源開啟時，LED的順向電壓因溫度升高而慢慢降低(以分鐘計)并減少運行中的軌電壓，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LED線路都是由系統(tǒng)軌電壓供電動，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)計的元件是迴授電阻器電路RFB1、RFB2和RDHC，這和VRAIL(nom)的電壓準(zhǔn)位VDHC_READY、VLED和VRAIL(peak)有關(guān)，如圖3的啟動波形所示。在啟動時，LM3430在LM3464之前啟動，以執(zhí)行升壓轉(zhuǎn)換器，同時將 VRAIL調(diào)節(jié)至VRAIL(nom)。在這段期間沒有動態(tài)余量控制因為LM3464還沒啟動。其次當(dāng)CDHC 的電壓(一個電容器從LM3464的CDHC引線連接到地面)到達5.55V時，LM3464將VRAIL提高到VDHC_READY，這是一個高到足以開啟LED線路的電壓。

之后，動態(tài)余量控制就會啟動，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)計成30V和42V。最后，當(dāng)LM3464的OutP引線連接地面發(fā)生短路時，VRAIL(peak)會產(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

下列步驟是主要元件的選擇細節(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2.5V時，VRAIL會達到42V的VDHC_READY。迴授電阻器RFB1和RFB2分別被設(shè)計成57.6k?和3.65k。

RF1和RF2：當(dāng)VRAIL(nom)是30V時，從LM3430上FB接腳的電壓會被調(diào)節(jié)至1.25V，而迴授電阻器RF1和RF2分別被設(shè)計成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節(jié)的說明。

電感器選擇：對于一個24V典型的輸入電壓來說，藉由動態(tài)余量控制的方法能將VRAIL調(diào)節(jié)至VLED為39伏，經(jīng)計算后的輸入電流和負載比率是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ton是1.28μs。因此可以得出計算的電感值為15.7μH，標(biāo)準(zhǔn)值15μH會被選定。另一方面，當(dāng)輸入的電壓最小時(18V)，輸入的電流是最大，也就是8.67A?？紤]到效率問題時，實際輸入的電流可能比計算值大很多。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)選擇具負載變化的升壓轉(zhuǎn)換器。這邊選用了470μF的電容器。為了進一步減少軌道電壓的漣波，我們也選用一個2.2μF的陶瓷電容器和一個LC濾波器。當(dāng)VRAIL(peak) 為45V時，輸出電容器的額定電壓大于50V。最后我們會應(yīng)用LC濾波器以進一步減少VRAIL的電壓漣波。

補償設(shè)計：由R1、C1組成的一個主導(dǎo)極點，和一個內(nèi)部運算放大器被設(shè)計成閉迴路循環(huán)。閉迴路的直流電增益為40dB，這是高到足以讓VRAIL獲得一個小穩(wěn)態(tài)誤差的狀況。此外，穩(wěn)態(tài)誤差同時可經(jīng)由動態(tài)余量控制達到最小化。截止頻率被設(shè)計成5kHz。這是在LED調(diào)光期間，在暫態(tài)負載的情況下所獲得很好的暫態(tài)回應(yīng)。[!--empirenews.page--]

測量結(jié)果

圖5、6所示為升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)節(jié)點的波形，和當(dāng)輸入電壓是18V與24V時LED的總電流。我們也能看到開關(guān)節(jié)點中穩(wěn)定波形和良好調(diào)節(jié)的LED電流。圖7所示為24V輸入電壓在調(diào)光期間的表現(xiàn)。在升壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓中，我們能得到良好的暫態(tài)回應(yīng)(正負尖峰期值小)，而且LED電流在調(diào)光訊號的應(yīng)用下可以快速反應(yīng)。表2為此有效率的方法的總結(jié)。在152瓦輸出電源情況下，整體的效率達到90%左右。