参考电路 4384

LED背光boost驱动器



该参考设计用于TFT显示屏的LED背光驱动,输入电气要求和输出特性如下:

VIN:8VDC (1.667A)至18VDC (730mA);可承受50VDC瞬态电压
PWMIN:250Hz脉冲串;2µs (最小值)脉冲;0mA时大于3.3VDC;10mA时小于0.3VDC
VLED配置:6或8只LED (2.89VDC至4.2VDC)串联(34VDC,最大值);三串并联,每串电流150mA

图1. 基于MAX16809的驱动器电路板
图1. 基于MAX16809的驱动器电路板

图2. 驱动器设计原理图
详细图片
(PDF, 468kB)
图2. 驱动器设计原理图

图3. 驱动器设计PCB布局
图3. 驱动器设计PCB布局

该参考设计用于TFT显示屏的LED背光驱动,输入电气要求和输出特性如下:

VIN:8VDC (1.667A)至18VDC (730mA);可承受50VDC瞬态电压
PWMIN:250Hz脉冲串;2µs (最小值)脉冲;0mA时大于3.3VDC;10mA时小于0.3VDC
VLED配置:6或8只LED (2.89VDC至4.2VDC)串联(34VDC,最大值);三串并联,每串电流150mA

图1. 基于MAX16809的驱动器电路板
图1. 基于MAX16809的驱动器电路板

图2. 驱动器设计原理图
详细图片
(PDF, 468kB)
图2. 驱动器设计原理图

图3. 驱动器设计PCB布局
图3. 驱动器设计PCB布局

电路简述

本参考设计采用MAX16809作为主控制器,用于电源升压转换和16端口的LED驱动。16个端口中的15个端口按照五个端口组成一组,用于驱动三串并联的LED。Boost电源的输出电压始终高于输入电源电压。Boost电源工作频率为200kHz,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。

设计在输出端采用两个低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。用于LED串的输出电压可通过4引脚连接器提供:VLED+连接在连接器的第1引脚,VLED-引脚分别连接到连接器的第2、3、4引脚。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。

这个boost电路的反馈有两种模式: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1.0VDC,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。启动静止模式时,输入电流浪涌会高于自适应模式下的电流。这是因为需要对较大的输出电容进行充电。导通期间的绝大多数时间内,能量由输出电容补充,开关静止、输入电流跌落至零。

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1.0VDC要求。D10将最高输出电压限制在38.5VDC。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。发生这种情况时,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。对于6S3P配置,在连接器J3处安装跳线,使D6与D10并联,将钳位电压降至29VDC

通过R5 (576Ω)将每串LED驱动电流设置在30mA,如果将5路驱动器并联驱动一串LED,其驱动电流可以达到150mA。

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。

U3 (MAX6397TATA过压保护电路)能够在发生抛负载时提供输入保护并为MAX16809的线性驱动器提供3.3VDC供电电源。R15/R16将关断电压设置在18.85VDC。选取Q3,使在低输入电压下应具备最小导通压降。满负荷时,测量到的最小工作电压为7.82VDC。REG输出为MAX16809线性驱动器(V+输入)、U2以及R11上拉电阻提供3.3VDC直流电源。

性能测试和结果


图4. VIN = 18V、VIN = 36V时的MOSFET电流和电压


图5. 1µs脉冲和1ms脉冲时的VLED和输入电流,VLED在静止模式和自适应模式下交替转换。注意,静止模式下,输入浪涌电流为输出电容充电。

图6. 2ms脉冲和3.9ms脉冲时的VLED和输入电流
图6. 2ms脉冲和3.9ms脉冲时的VLED和输入电流

温度测量

使用OSRAM电子负载,得到以下温度测量结果:

VIN 8VDC
Ambient +20°C
TU1 +38°C
TU3 +36°C
TQ1 +37°C
TQ3 +34°C
TL1 +37°C
TD1 +37°C

 

VIN 36VDC
Ambient +20°C
TU1 +39°C
TU3 +45°C
TQ1 +32°C
TQ3 +31°C
TL1 +31°C
TD1 +39°C

 

上电过程

  1. 将三串LED (每串8只LED)连接至连接器J1。如果连接器J3安装跳线,也可以将三串(每串6只)的LED连接到连接器J1。
  2. LED串的正端必须与J1的第1引脚连接;LED串的负端必须与J1的第2、3、4引脚连接。
  3. 将没有上电的8V至20V (4A额定电流)直流电源连接至系统输入,务必确认极性正确。
  4. 打开电路电源。
  5. 在J4提供250Hz脉冲波,脉冲摆幅为0V至3.3V,占空比为0.05%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。
 
Status:
Package:
Temperature:

MAX16809
集成16通道LED驱动器,具有开关模式boost及SEPIC控制器

  • 16路恒定电流输出通道(每通道高达55mA)
  • 各输出间±3%电流匹配度
  • 并联输出通道可以提供更高的LED串电流

MAX6397
过压保护开关/限幅控制器,可工作至72V

  • 5.5V至72V宽电源电压范围
  • 过压保护控制器允许用户选择最合适的外部n沟道MOSFET
  • 内部电荷泵为MOSFET提供增强的栅漏-电压驱动,确保低RDS(ON)