112W 升压驱动器，用于使用全陶瓷电容器的长串LED

这是112.5W升压LED驱动器的参考设计，MAX16834用于长串LED。这些长LED灯串常见于路灯和停车场灯中。

输入电压：24VDC ±5% （1.49A 时）

VLED 配置：两个并行字符串。每个串由 19 个 WLED 和一个用于电流平衡的 5Ω 电阻组成。每根刺的电流为 750mA，总共 1.5A 至 75V。

调光：50μs （最小值）导通脉冲，调光比高达 200：1，调光频率为 100Hz

注意：此设计已经过构建和测试。但是，尚未进行详细的测试，并且可能存在尚未发现的细微差别。

图1.LED驱动板

图2.指示灯驱动器示意图

图3.LED 驱动器的布局

图4.物料清单

图5.设计电子表格提供了 MOSFET 和电感中的峰值和 RMS 电流。

图6.开关 MOSFET 电压和检流电阻器电压

图7.输出电压（交流耦合）和开关 MOSFET 检流电阻电压

图8.漏极电压上升时

图9.漏极电压下降时间

图 10.LED 电压（交流耦合）和电流纹波

图 11.LED 电压（交流耦合）和 MOSFET 电流检测电压

图 12.调光脉冲 ~150μs

图 13.调光脉冲 ~50μs

图 14.带开放式 LED 灯串的过压保护

图 15.预测电感温升。计算器可从线艺设计支持工具获得®

电路说明

概述

此参考设计适用于超长 LED 串的高压升压电流源。使用长 LED 串的应用包括但不限于路灯和停车场灯。长 LED 串是一种非常经济高效的驱动 LED 的方式。此外，由于LED将具有完全相同的电流，因此可以很好地控制亮度变化。此设计具有一个 24V 输入、高达 75V 的 LED 输出，并通过 LED 串（或串，如果并联）驱动 1.5A 电流。测得的输入功率为115.49W，输出功率为111.6W，效率约为96.6%。

印刷电路板

印刷电路板（PCB）是用于MAX16834升压设计的通用两层电路板（图1和图3）。某些PCB功能是可选的，未填充在测试设计中;它们在原理图（图2）上显示为“无爆音”。该布局使用IC下方的接地岛，该接地岛是单点连接到电源地，以实现低噪声操作。该设计还使用了 TSSOP 版本的 IC，因为许多路灯制造商将没有设备来正确焊接替代封装 TQFN。图 4 显示了此设计的物料清单。

拓扑学

此设计适用于 200kHz 连续升压稳压器。在图5中，电子表格打印输出显示了MOSFET和电感中的RMS和峰值电流。连续设计具有较低的 MOSFET 和电感器电流的优点。但是，由于当MOSFET （Q2）导通时，电流流过输出二极管（D1），因此输出二极管中的反向恢复损耗会导致更高的耗散和更高的关断噪声。检查图6中的电路波形，可以看到MOSFET的导通时间约为3.4μs，关断时间约为1.5μs，占空比为69%。一旦 MOSFET 关断，漏极电压上升至输出电压加上肖特基二极管压降。

场效应管驱动

由于采用连续设计，MOSFET和电感器峰值电流小于非连续设计。但是，由于在导通和关断期间有电流流过 MOSFET，因此 MOSFET 在两次转换期间都会经历开关损耗。MAX16834驱动MOSFET的力度足以使开关在大约5ns内导通，在10ns内关断（图8和图9），从而保持较低的温升。如果EMI成为问题，请更改MOSFET栅极上的串联电阻R5以调整开关时间。如果此操作导致功耗过大，请将第二个MOSFET Q2与Q1并联，以降低温升。

输出电容

对于输入和输出电容，驱动器使用陶瓷电容器。陶瓷电容器耐用且体积小，但电容有限，尤其是这种设计所需的额定电压为 200V 时。在图5中，设计电子表格表明驱动器需要5.4μF才能满足所需的输出纹波电压;为了降低成本和空间，该电路使用四个1.2μF电容（总共4.8μF）。因此，输出电压开关纹波为2.88V（图10和图11），导致电流纹波为182mA。这是输出电流的12%，略高于10%的目标，但仍然可以接受。

变 暗

MAX16834非常适合调光。当PWMDIM（引脚12）变低时，会发生三种情况。首先，开关MOSFET的栅极驱动（NDRV，引脚15）Q1变为低电平。这可以防止向 LED 灯串输送额外的能量。其次，调光MOSFET Q20的栅极驱动（DIMOUT，引脚4）变为低电平，立即限制LED串电流并保持输出电容上的电压恒定。最后，为了将补偿电容保持在稳态电压，COMP（引脚5）变为高阻抗。这可确保IC在PWMDIM返回高电平后立即以正确的占空比启动。这些动作中的每一个都允许较短的PWM导通时间，因此具有相当高的调光比。

短导通时间的主要限制是电感的充电时间。查看图12和图13，您会发现电流很好地跟随DIM脉冲。电流脉冲开始时存在衰减，这是由于电感的斜坡上升时间（约12μs或大约2-3个开关周期）造成的。查看波形，您会发现电压完全恢复和建立大约需要40μs至50μs。如果DIM导通脉冲短于50μs，则输出电压在下一个关断脉冲开始时仍处于赤字状态。这可能会导致不稳定的行为，这种行为将持续到DIM占空比增加为止。因此，在满载（1.5A）下，DIM导通脉冲不应小于50μs。这意味着在100Hz的DIM频率下，调光比为200：1。降低最小导通脉冲要求的唯一方法是增加输出电容，这是昂贵的，一般照明通常不需要。如果降低LED电流，最小导通时间将下降，调光比可以提高。陶瓷电容器表现出压电效应，调光过程中会有一些可闻的噪音。但是，使用适当的电路板安装技术，可以将噪声降至最低。

ÖVP （ÖVP）

在图14中，LED串断开，MAX16834的过压保护（OVP）电路在两次重试之间关断驱动器约400ms。107V的峰值电压高于83V的设计，因为过冲是由低输出电容和电感中存储的能量引起的。

调整和各种其他输入和输出

R15是一款线性电位计，可将LED电流调节至0A至1.7A之间的任何电平。MAX16834具有输入（SNYC），用于同步控制器的开关频率（如果需要）。UVEN 输入允许外部控制驱动器（开/关）。REFIN输入端的低阻抗源覆盖电位计设置，并允许控制驱动器电流。例如，微控制器中的缓冲DAC可以使用REFIN控制LED电流。FLT# 输出在故障（如 OVP）存在期间变为低电平。一旦故障消除，信号返回高电平;它不锁存。

温升

实测效率为96.63%（V在= 24.01V;I_IN = 1.49A;P在= 115.49W;V发光二极管= 74.9V;I_LED=1.49A;P外= 111.60W）。由于电路效率高，驱动器的组件保持冷却。最热的元件是调光MOSFET，Q4，其温升为41°C。 这种温升主要是由于PCB占位面积小，如果增加漏极垫周围的铜面积，可以改善这种温升。电感很大，温升为 23°C，高于预测的 7°C（图 15）。电感器可能会吸收一些MOSFET热量，因为它们共享同一个大铜焊盘。

温度测量

以下温度是使用实际LED负载测量的：

 

VIN	24伏直流
Ambient	16°C	ΔT
L1:	39°C	23°C
D1:	51°C	35°C
Q1:	51°C	35°C
Q3:	57°C	41°C
集成电路：	33°C	17°C

 

上电程序

在 LED+ 接线柱和 LED 接线柱之间连接一串多达 20 个 LED，并串联电流表以测量电流。（注意：如果LED的正向电压匹配和/或添加了串联平衡电阻，则可以使用并联串。

在 V 之间连接一个 24V、6A 电源在邮政和GND帖子。

在 V 之间连接一个 24V、6A 电源在邮政和GND帖子。

在连接器 J2 上插入分流器。

打开 24V 电源。

调整 R15 以将电流设置为 0 至 1.5A。

如果需要调光，请在 DIM IN 后和 GND 后之间连接一个 PWM 信号（0V 至 3.3V）。

根据需要调整PWM占空比以获得调光。
 

审核编辑：郭婷