升壓轉換器的簡單開路保護

引言 　　驅動高亮度LED的一種方法是對標準升壓轉換器拓撲進行修改，以驅動恒定電流通過負載。但是，這種實施方法存在一個嚴重問題，因為LED串中出現的開路故障會移除負載電流的通路。由于來自轉換器（此時在無反饋情況下工作）的高輸出電壓，這樣可能會對電路造成潛在損壞。本文為您介紹一種簡單的健壯開路故障保護方法，其使用一個齊納二極管和一個電阻器，并且對總效率的影響可以忽略不計。通過將一個高壓升壓轉換器配置為一個恒流驅動器，用于驅動3支高亮度白光LED，并在輸出端產生一個模擬故障狀態(tài)，我們可以驗證這種拓撲結構的功能性。該電路將輸出電壓控制在某個安全水平，并在受保護狀態(tài)下減少輸出電流。 　　典型高亮度LED升壓轉換器 　　我們常常對轉換器進行修改，以在單節(jié)鋰離子(Li-Ion)、堿性及其它應用中驅動高亮度LED。在這些應用中，LED串的電壓超出了電池或者電源軌電壓。在標準升壓圖1無開路保護LED驅動器高壓升壓轉換器結構配置結構中，利用一個分壓器產生電路的反饋電壓VFB，從而對輸出電壓VOUT進行監(jiān)控。轉換器對輸出電壓進行調節(jié)，讓VFB始終都等于片上參考電壓VREF。這種拓撲為自適應型，可用負載代替反饋分壓器中的上層電阻器，從而保持恒定電流而非恒定電壓，如圖1中LED串所示。 　　保護電路 　　在出現開路狀態(tài)時，負載電流必須有一條備用通路。盡管將一個電阻器與LED串并聯(lián)可以提供一條通路，但其并不理想，因為它會引起巨大的效率損失。替代配置（圖2）由一個齊納二極管和一個電阻器組成，可提供足夠的系統(tǒng)保護，并且效率損失微乎其微。 　　當負載電流通路被移除時，輸出電壓上升，直到齊納二極管ZD1開啟，同時電流流經RPRO和RSET接地。輸出電流由RPRO和RSET的串聯(lián)組合決定，因為VFB受到驅動后等于內部帶隙參考電壓VREF。因此，輸出保護電流默認為： 　　演示論證 　　圖3保護電路激活示波器截屏作為一個應用舉例，TITPS61170升壓轉換器IC被配置為一個恒定電流LED驅動器。在諸如背光照明或者手電筒等應用中，它是驅動高亮度LED串的理想升壓轉換器。3V-18V輸入范圍允許使用較寬的電源范圍，例如：2S到4S鋰離子或者3S到12S堿性電池組、USB或者12V電源軌。 　　利用選擇的負載電流和保護電阻器，計算與預期負載電流的偏差（參見下列方程式10）。數據表值200nA用于反饋偏置電流(IFB)，1μA值則用于預計的齊納二極管漏電流，VOUT約為10V。 　　電路的目標負載電流為260mA。正如我們所看到的那樣，一旦組件理論值被方程式10中的有效值代替，它們引起的誤差將遠多于保護電路本身帶來的誤差。 　　為了測試保護電路的運行情況，我們使用一個38Ω的電阻器十進位箱代替LED串，目的是模擬設計負載電流下LED串的電壓。通過快速地將負載電阻從38Ω改變?yōu)?038Ω，可以模擬一次開路故障。如圖3所示，這種輸出電流變化（綠色線條）表明了負載阻抗的突然變化。為了進行補償，TPS61170輸出電壓（黃色線條）上升，以重新達到設計負載電流。但是，這種變化不會始終如此，直到達到其最大占空比，輸出電壓穩(wěn)定在了約16V的箝位電壓。 　　結論 　　我們?yōu)槟榻B了一種給配置為恒定電流LED驅動器的升壓轉換器提供開路保護的簡單方法。這種電路由一個齊納二極管和一個附加電阻器組成，其將輸出電壓限制在一個安全水平，同時在負載出現開路故障時降低輸出電流。另外，這種方法給負載電流計算過程帶來了一些誤差，并使正常電路運行期間的效率稍有降低，但這些影響都可以忽略不計。將一個升壓轉換器配置為一個LED驅動器，并添加一個15V齊納二極管和一個1.2kΩ電阻器，用于輸出保護。這樣便演示論證了這種保護電路的功能性。該演示論證電路在模擬負載故障狀態(tài)下的輸出表現符合我們的預期。