LED背光SEPIC驱动器的设计

概述

该参考设计用于12英寸TFT显示器的LED背光驱动。输入电气要求和输出特性如下：

VIN (电源)：

16V (1092mA)至36V (476mA)；可承受50V瞬态电压 VBIAS：

3.3V (50mA) PWMIN：

250Hz脉冲串；1µs (最小值)脉冲；0mA时大于3.1V；10mA时小于0.3V VLED配置：

8只LED (2.9V至3.75V)串联(31V，最大值)；8串并联，每串电流可达70mA

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图1. MAX16809驱动器电路板

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图2. 驱动器设计原理图

电路简述

该参考设计采用MAX16809作为SEPIC电源和16通道LED驱动器的主控制器。16个通道以每对为一组，驱动8路并联的LED串。SEPIC电源允许输入电压大于或小于输出电压，这种拓扑非常适合汽车环境下的LED应用，因为这种环境下输入、输出电压波动较大。SEPIC电源工作在200kHz频率，速率足以满足选择小尺寸功率元件的需求，而且，这样的开关频率也不会导致开关MOSFET过热。耦合电感L1由Coilcraft®生产，提供SEPIC电源所需的初级和次级电感。由于使用耦合电感结构，与采用两个分离电感的方案相比，该设计中的电感值可以减小一半。

PCB已更改为使用含铅的低ESR电解电容。当PWM信号关闭负载使其电流为零时，这些电容用来吸收电源的电感能量。LED串的输出电压可通过两个8引脚连接器提供：VLED+靠近连接器外侧，VLED-靠近连接器内侧。必要时可以使用所提供的输出滤波电容焊盘；本设计中没有安装这些电容。Q2-D2-R8电路为电流模式PWM控制器提供了斜率补偿。该电路跟随RTCT电压波动，向R7注入电流，从而产生斜坡电压，防止在占空比超过50%时(当输入电压较低时)导致控制器谐波振荡。

SEPIC反馈路径分两种模式：自适应和静止。自适应模式(当PWM信号为高时)下将产生“二极管或”输出，从而使最低驱动器电压(最大LED串联压降)被调整到大约700mV，为保证LED驱动器正常工作提供足够裕量。其它LED串具有较低的串联压降，所以这些驱动器具有更大裕量。自适应模式把由线性LED驱动器产生的功耗降至最低。该模式下，当LED的绝对正向导通电压不太严格时，LED之间正向导通电压的相对误差应控制在200mV以内。为改善散热，MAX16809必须与大面积覆铜层之间有良好的导热通道，可通过封装裸焊盘下方的过孔实现散热。该参考板中利用底层的地平面为IC散热，如果使用面积更大的多层地平面，散热效果会更好。

静止模式下(PWM信号为低)，按照与传统电源类似的方式调整VLED，电压上升至在很短的脉冲内保证工作的电压值。因为电源磁场无法在很短的脉冲内快速建立足够的储能，所有能量必须由输出电容提供。静止模式必须保证这些电容能够充电达到足够的储能，在电感响应之前维持足够的能量。

齐纳二极管D10为电路提供过压保护，如果一串LED断开，自适应电压控制将尝试提高VLED以满足700mV的要求。D10将最高输出电压限制在35.5V。虽然该高压不会损坏电路，但LED驱动器的功耗可能导致MAX16809过热。芯片内部电路将关断驱动器，直到温度下降到适当值，这会导致LED闪烁。

通过R5 (511Ω)将LED驱动电流设置在35mA，如果将两个驱动器并联驱动一串LED，则每串的驱动电流可以达到70mA。

施密特反相触发器U2配置成振荡器，为MAX16809的SPI输入提供时钟。由于DIN接高电平，将向内部寄存器输入一串“1”，开启所有LED驱动器。U2还用于对PWM信号反相转换，以满足MAX16809的OE#输入要求。

Q3-D11-R16电路预先调整MAX16809 PWM控制器的输入电源。简单的线性稳压器可以将输入电压降至12V，适合IC的工作电压以及MOSFET的栅极驱动。LED驱动器输入(V+)需要外接3.3V电源(原PCB的替换方案)。LED驱动器的最大驱动电流为50mA。

性能测试和结果

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图3. VIN = 18V、VIN = 36V时的MOSFET电流和电压

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图4. 1µs脉冲和2ms脉冲VLED，VLED在静止模式和自适应模式下交替转换

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图5. 1.5ms和3.5ms脉冲的LED驱动器电压、VLED电压和MOSFET电流，VLED进入自适应模式之前LED驱动器电压保持高电平

温度测量

以下温度参数采用8个400Ω电阻作为负载测量得到：

VIN

Ambient

16VDC    TU1      TQ1      TL1      TQ3      TD1 

+20°C  +59°C   +56°C   +65°C   +46°C   +60°C

VIN

Ambient

36VDC    TU1      TQ1      TL1      TQ3      TD1

+20°C  +54°C   +48°C   +61°C   +57°C   +56°C

上电流程

1. 每路输出连接一串8只LED，LED串的正极连接至输出连接器外侧；LED串的负极连接至输出连接器的内侧。

2. 将没有上电的3.3V电源连接到J5，务必确认极性正确。

3. 将没有上电的18V至36V (2A额定电流)电源连接至系统输入，务必确认极性正确。

4. 打开电源，上电顺序没有严格要求。

5. 在J4提供250Hz脉冲波，脉冲摆幅为0V至3.3V，占空比为0.1%至100%。

6. 检流电阻R3两端的大尺寸过孔提供低噪探头，可以连接一个接地线圈和单端示波器探头。