设计非隔离型反激LED驱动器

摘要：本应用笔记提供了一个驱动高亮度LED的简单电路，只需很少的外围元件，并提供了线性和PWM亮度调节的功能。非常适合Osram、Lumiled、Cree和Nichia LED。

概述

反激型LED驱动器比较通用，因为该结构可以用于输入电压高于或低于所要求的输出电压。此外，当反激电路工作在非连续电感电流模式时，能够保持LED电流恒定，无需额外的控制回路。本应用笔记所描述的电路基于高度集成的MAX16802 PWM LED驱动器IC。

应用

LED轨道照明
通用LED照明设备

特性

• 10.8V至24V输入电压范围
• 为单个3.3V LED供电，提供350mA (典型)电流(其它LED配置结构，请按照设计步骤进行设计)
• 29V (典型值)阳极对地的最大开路电压
• 262kHz开关频率
• 逐周期限流
• 通/断控制输入
• 允许使用低频PWM信号调节亮度
• 可以调整电路以适应多种形式的串联、并联LED配置

典型应用电路

注意：当+VLED和-VLED不与LED连接时，请勿给电路供电。

元件列表

Designation	Qty.	Description
C1	1	1nF ±10%, 50V X7R ceramic capacitor (0603) TDK C1608X7R1H102K
C2	1	220pF ±10%, 50V X7R ceramic capacitor (0603) TDK C1608X7R1H221K
C3, C4, C7	3	0.1µF ±10%, 50V X7R ceramic capacitor (0603) TDK C1608X7R1H104
C5	1	10µF ±10%, 25V X7R ceramic capacitor (1206) TDK
C6	1	10µF ±10%, 16V X7R ceramic capacitor (1206) TDK C3216X7R1C475K
D1	1	40V, 1A Schottky diode (SMA) CMSH1-40M Central Semiconductor
L1	1	10µH inductor Coilcraft DO3308P-103
Q1	1	40V, 0.045W MOSFET Vishay Si2328DS
R1, R3	2	499k ±1% resistor (0603)
R2	1	22.1k ±1% resistor (0603)
R4	1	73.2k ±1% resistor (0603)
R5	1	100k ±5% resistor (0603)
R6	1	150 ±1% resistor (0603)
R7	1	100 ±1% resistor (0603)
R8	1	10 ±5% resistor (0603)
R9, R10	2	1 ±1% resistor (0805)
R11	1	1 ±1% resistor (0805)
U1	1	PWM IC Maxim: MAX16802AEUA (8-pin µMAX®)

电路拓扑

开环，非隔离型反激LED驱动器十分通用，而且使用方便。它具有一系列优点，非常受欢迎。这些优点包括：

• 无需外部控制环路即可调节LED电流
• 非连续电感电流传输降低EMI辐射
• 较低的开关导通损耗
• 简单的电路设计流程
• LED电压可高于或低于输入电压
• 较宽的输入电压范围
• 可以方便地接入PWM亮度调节信号

最大的优点是简单，代价是存在以下缺点：

• LED电流受元件容限的影响，例如，电感和检流比较器传输延迟
• 非连续电感电流工作模式，使该拓扑结构更适合于低功耗应用

设计步骤

最重要参数是LED的电流。高亮度LED的工作电流一般为几百mA。为了延长LED的工作寿命，电流必须保持恒定；电源从本质上说是一个电流驱动器。可以通过几种方案实现，一个简单而且低成本的解决方案是：采用专用的电流模式PWM控制器IC，例如MAX16802。该器件的优点是：

• 高集成度—所需的外围元件很少
• 高达262kHz开关频率
• 微小的8引脚µMAX封装
• 较小的检流门限，降低损耗
• 相当精确的振荡频率，有助于减小LED电流变化
• 片上电压反馈放大器，可用于限制输出开路电压

给定LED参数为：

步骤1：计算最小输入电压下最佳占空比的近似值：

其中Rb为整流器电阻，与应用电路中的R11相同，在本应用中设定为1。VD为整流二极管D1的正向压降。

将已知数值代入上式得到：

步骤2：计算峰值电感电流的近似值：

其中Kf为临界“误差系数”，这里设为1.1。

将已知值代入上式得到：

步骤3：计算所需电感的近似值，并选择小于并最接近于计算值的标准电感：

其中L为应用电路中的L1；f为开关频率，等于262kHz。

将已知值代入上式得到：

低于该值、最接近的标准值为10µH。

步骤4：通过反激工作过程传递到输出端的功率：

输出电路的损耗功率等于：

根据能量守恒原理，上述两个式子应该相等，即可得到一个更精确的峰值电感电流：

其中L为实际选择的标准电感值。

将已知数值代入上式可得：

步骤5：计算检流电阻，由R9和R10并联而得；计算电压检测分压电阻(如果需要)，由R6和R7组成。

MAX16802的限流门限为291mV。因此选择R9、R10、R6和R7，满足步骤4所计算的电感峰值电流。

这步完成后，即可得到应用电路中的各个元件值，该电路可提供12V、350mA输出。因为存在寄生效应，因此电阻值(R7)需要进行适当调整，以得到所期望的电流。

步骤6：R1和R2可选。它们用于调整+VLED至29V。这在输出端出现意外开路时非常有用。如果没有上述元件的分压，输出电压有可能上升，导致器件损坏。

元件C1和R5也为可选，用于稳定电压反馈环路。对于当前应用，可以不使用这些元件。

低频PWM亮度调节

控制LED灯源亮度的最好办法是通过一个低频PWM脉冲调制LED电流。使用这种方法，LED电流根据占空比的变化触发脉冲，同时保持电流幅度恒定。这样，器件发出的光波波长在整个调节范围内保持不变。

利用下面电路可实现PWM亮度调节。

特性曲线

印刷电路板