升压转换器的简单开路保护

引言 　　驱动高亮度LED的一种方法是对标准升压转换器拓扑进行修改，以驱动恒定电流通过负载。但是，这种实施方法存在一个严重问题，因为LED串中出现的开路故障会移除负载电流的通路。由于来自转换器（此时在无反馈情况下工作）的高输出电压，这样可能会对电路造成潜在损坏。本文为您介绍一种简单的健壮开路故障保护方法，其使用一个齐纳二极管和一个电阻器，并且对总效率的影响可以忽略不计。通过将一个高压升压转换器配置为一个恒流驱动器，用于驱动3支高亮度白光LED，并在输出端产生一个模拟故障状态，我们可以验证这种拓扑结构的功能性。该电路将输出电压控制在某个安全水平，并在受保护状态下减少输出电流。 　　典型高亮度LED升压转换器 　　我们常常对转换器进行修改，以在单节锂离子(Li-Ion)、碱性及其它应用中驱动高亮度LED。在这些应用中，LED串的电压超出了电池或者电源轨电压。在标准升压图1无开路保护LED驱动器高压升压转换器结构配置结构中，利用一个分压器产生电路的反馈电压VFB，从而对输出电压VOUT进行监控。转换器对输出电压进行调节，让VFB始终都等于片上参考电压VREF。这种拓扑为自适应型，可用负载代替反馈分压器中的上层电阻器，从而保持恒定电流而非恒定电压，如图1中LED串所示。 　　保护电路 　　在出现开路状态时，负载电流必须有一条备用通路。尽管将一个电阻器与LED串并联可以提供一条通路，但其并不理想，因为它会引起巨大的效率损失。替代配置（图2）由一个齐纳二极管和一个电阻器组成，可提供足够的系统保护，并且效率损失微乎其微。 　　当负载电流通路被移除时，输出电压上升，直到齐纳二极管ZD1开启，同时电流流经RPRO和RSET接地。输出电流由RPRO和RSET的串联组合决定，因为VFB受到驱动后等于内部带隙参考电压VREF。因此，输出保护电流默认为： 　　演示论证 　　图3保护电路激活示波器截屏作为一个应用举例，TITPS61170升压转换器IC被配置为一个恒定电流LED驱动器。在诸如背光照明或者手电筒等应用中，它是驱动高亮度LED串的理想升压转换器。3V-18V输入范围允许使用较宽的电源范围，例如：2S到4S锂离子或者3S到12S碱性电池组、USB或者12V电源轨。 　　利用选择的负载电流和保护电阻器，计算与预期负载电流的偏差（参见下列方程式10）。数据表值200nA用于反馈偏置电流(IFB)，1μA值则用于预计的齐纳二极管漏电流，VOUT约为10V。 　　电路的目标负载电流为260mA。正如我们所看到的那样，一旦组件理论值被方程式10中的有效值代替，它们引起的误差将远多于保护电路本身带来的误差。 　　为了测试保护电路的运行情况，我们使用一个38Ω的电阻器十进位箱代替LED串，目的是模拟设计负载电流下LED串的电压。通过快速地将负载电阻从38Ω改变为1038Ω，可以模拟一次开路故障。如图3所示，这种输出电流变化（绿色线条）表明了负载阻抗的突然变化。为了进行补偿，TPS61170输出电压（黄色线条）上升，以重新达到设计负载电流。但是，这种变化不会始终如此，直到达到其最大占空比，输出电压稳定在了约16V的箝位电压。 　　结论 　　我们为您介绍了一种给配置为恒定电流LED驱动器的升压转换器提供开路保护的简单方法。这种电路由一个齐纳二极管和一个附加电阻器组成，其将输出电压限制在一个安全水平，同时在负载出现开路故障时降低输出电流。另外，这种方法给负载电流计算过程带来了一些误差，并使正常电路运行期间的效率稍有降低，但这些影响都可以忽略不计。将一个升压转换器配置为一个LED驱动器，并添加一个15V齐纳二极管和一个1.2kΩ电阻器，用于输出保护。这样便演示论证了这种保护电路的功能性。该演示论证电路在模拟负载故障状态下的输出表现符合我们的预期。