非同步、升壓
、電源轉換拓撲經常用於LED驅動器等應用中。在這些應用中
，輸入電壓 (VIN) 不足以正向偏置一組串聯/並聯LED燈串。這個電感開關拓撲生成了實現LED電流調節所必要的依從電壓
，並且通常用於LCD背光應用中。例如在遠離駕駛員的汽車內部和外部照明等LED矩ju陣zhen應ying用yong中zhong，一yi旦dan發fa生sheng輸shu出chu對dui地di短duan路lu的de危wei險xian，就jiu會hui產chan生sheng災zai難nan性xing的de後hou果guo。限xian製zhi電dian流liu並bing運yun行xing保bao護hu電dian路lu作zuo為wei電dian子zi斷duan路lu器qi能neng夠gou防fang止zhi這zhe些xie災zai難nan性xing的de故gu障zhang。

 

如圖1所示，升壓轉換器的輸入通過升壓電感器 (L1) 和升壓二極管 (D1) 物(wu)理(li)連(lian)接(jie)至(zhi)其(qi)輸(shu)出(chu)端(duan)。因(yin)此(ci)，輸(shu)出(chu)上(shang)的(de)短(duan)路(lu)情(qing)況(kuang)會(hui)使(shi)升(sheng)壓(ya)電(dian)感(gan)器(qi)飽(bao)和(he)，其(qi)造(zao)成(cheng)的(de)電(dian)流(liu)尖(jian)峰(feng)足(zu)以(yi)損(sun)壞(huai)升(sheng)壓(ya)二(er)極(ji)管(guan)。而(er)更(geng)糟(zao)糕(gao)的(de)是(shi)，此(ci)短(duan)路(lu)情(qing)況(kuang)也(ye)會(hui)幹(gan)擾(rao)到(dao)所(suo)有(you)連(lian)接(jie)到(dao)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)器(qi)件(jian)，其(qi)中(zhong)包(bao)括(kuo)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi) (PWM) 控製器。很明顯，在使用中這種拓撲時
，需要某種類型的電路保護，來為遠程LED供電。接下來將考慮設計一個多用途、dichengbendianlu，cidianlukebeiyouhuaweibaohushengyazhuanhuanqi，bingfangzhishuruduanchuxianduanlufuzaiqingkuang。ciwai，womenjiangtongguoyigemonidianlulaiyanzhengsuoxudexiangying。

圖1. 基於非隔離式升壓拓撲的LED驅動器電路

 

 

分流監視器 (CSM) 是一種高精度
、高增益差分電流感測放大器，經常被用來監視輸入和輸出電流。圖2顯示的是其典型配置。這個特定器件集成了一個開漏比較器；此比較器可被設定為在預先設置的線路電流上跳變
、鎖存和複位。

圖2. 一個分流監視器組件增加了保護功能

 

此比較器的輸出可被用來控製一個可以在幾毫秒內中斷負載短路的外部MOSFET開關。除了在輸出上出現故障情況時中斷輸入電流外，模擬輸出還可以解決開關穩壓器的所謂的“負輸入阻抗”問題，阻止輸入電流隨輸入電壓的減少而增加。

 

通過將輸入電流與輸出電流以邏輯“或”的配置方式相連接，可實現對輸入的鉗製。如圖3中所示，其目的是為了生成一個驅動PWM控製器的複合反饋信號。然後
，CSM使輸出電流反饋無效，並且強製LED電流在輸入電壓下降到一個預設電平以下時減少

，從而限製輸入電流。

圖3. 輸入限流器依賴感測輸入和輸出電流

 

圖4顯示了一個具有輸出短路保護功能的升壓轉換器LED驅動器的電路實現方式。電路中顯示的Osram Opto Semiconductors Ostar公司生產的LED是一款針對汽車前燈應用的器件
，實際上是位於一塊絕緣金屬基板上的單片、LED。此器件具有額定值為2A的浪湧電流（少於10 μs）

，以及電流為1A時18V的典型正向電壓。DC/DC升壓轉換器感測反饋引腳上的正向LED電流，並且充分調整輸出電壓，以調節LED電流。LED電流由感測電阻器 (RSNS) 設定，它的值與PWM轉換器的內部帶隙基準成比例 (RSNS = VREF/ILED)。使用一個具有低基準電壓的升壓轉換器能夠更輕鬆地實現較高的轉換器效率，並減少組件熱應力。

圖4. 具有短接負載故障保護功能的LED升壓驅動器電路

 

雖然使用壽命可以長達50000小時以上，但LED對(dui)於(yu)溫(wen)度(du)和(he)電(dian)過(guo)應(ying)力(li)十(shi)分(fen)敏(min)感(gan)，而(er)且(qie)它(ta)們(men)的(de)動(dong)態(tai)阻(zu)抗(kang)特(te)性(xing)經(jing)常(chang)會(hui)給(gei)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)組(zu)件(jian)的(de)選(xuan)擇(ze)和(he)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)的(de)設(she)計(ji)提(ti)出(chu)難(nan)題(ti)。這(zhe)份(fen)操(cao)作(zuo)說(shuo)明(ming)書(shu)中(zhong)對(dui)這(zhe)些(xie)選(xuan)擇(ze)和(he)設(she)計(ji)難(nan)題(ti)進(jin)行(xing)了(le)說(shuo)明(ming)。按(an)照(zhao)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)開(kai)發(fa)出(chu)了(le)圖(tu)4中顯示的電路仿真來分析LED驅動器/保護電路的複雜程度，並在各種不同的工作條件下預測電路運行方式。

 

為這項分析所選擇的PWM控製器具有一個0.26V的反饋基準電壓。所以
，LED電流為1A時
，LED感測電阻器的功率耗散隻有0.26W。由於CSM具有值為50的增益，就需要一個小很多的感測電阻器來感測輸出電流。當流經CSM分流電阻器的電流超過CSM感測電阻器設定的限值時
，CSM增益和比較器閥值 (R, R)，PMOS導通晶體管中斷負載電流—從而發揮電子斷路器的作用。

 

可通過將RESET引腳切換為低電平來複位鎖存輸出。然而，考慮到這篇文章的目的，RESET已經被禁用，以檢驗響應速度。響應速度和峰值電流取決於很多變量。這些變量包括組件選擇
、CSM帶寬
、噪聲濾波器
、輸出電容、FET選擇、和輸出升壓電感器。這些因素和在一起會影響轉換器的輸出阻抗。為了準確評估運行方式，我們曾以50ns的最大時間步進和設定為0.001%的直流相對容限運行仿真。此分析在TINA-TI
，一款免費的Berkeley SPICE 3f5兼容仿真器中運行。工作頻率300kHz的升壓轉換器的5ms仿真在僅僅30秒以內即可啟動至穩定狀態。

 

 

CSM可被放置在升壓轉換器的輸入或輸出上。在這個模擬中，CSM被放置在輸出上，它通過與輸出PMOS導通元件 (T5) 相並聯的10 mΩ分流電阻器來感測電流。根據CSM的放置位置，此電路可以防止內部和/或外部短路情況。然而，CSM必須被設計成在所有工作條件下均具有足夠共模範圍 (CMR)。

 

如果放置在升壓轉換器的輸入上，可選擇具有較低CMR的CSM。然而，將CSM放置在輸出上可以避開升壓電感器，並且有助於加快對短路情況的反應時間。無論將CSM放置在何處，都應該使用一個RC濾波器來衰減那些會由於分流電阻器的突然di/dt事件而出現的噪聲和諧振振鈴。一個小型100電阻器和差分電容器可被置入比估計的分流器Lp/R時間常量大3倍的時間常量，其中Lp是寄生並聯電感。由於CSM的增益誤差和帶寬受到噪聲濾波器的負麵影響，保持濾波器的低值很重要。

 

圖5展示了模擬結果。Vg是到PMOS FET的控製電壓，並在正常情況下被設定為-6V。需要根據FET的閥值電壓、柵極電荷
、和he飽bao和he特te性xing進jin行xing優you化hua。最zui大da限xian度du地di減jian小xiao柵zha極ji上shang的de電dian壓ya可ke以yi改gai進jin反fan應ying時shi間jian，並bing且qie應ying該gai選xuan擇ze上shang拉la電dian阻zu器qi來lai盡jin可ke能neng地di縮suo短duan中zhong斷duan周zhou期qi。需xu要yao注zhu意yi的de是shi
，輸shu入ru電dian流liu和he柵zha極ji電dian壓ya用yong高gao柵zha極ji電dian荷he（紫色），和低柵極電荷（藍色）MOSFET顯示。

圖5. 標準有線和無線網絡將在物理樓宇係統和樓宇管理設備之間承載傳遞相對簡單的命令和數據

 

很明顯，較低柵極電荷器件最大限度地減少了輸入上的可見電流。選擇MOSFET和柵極驅動電路來實現最優響應是十分重要的設計考慮，這是因為這種設計限製了di/dt
，並且滿足了MOSFET安全運行要求。這些複雜的設計考慮在分析起來可不那麼容易
；因此，最好在在工作台上對它們進行模擬和確認。

 

在某些諸如Tektronix產品的某些示波器上提供專門的測試軟件來計算相對於MOSFET安全運行曲線的開關功率損耗。本次模擬建議響應持續時間少於2μs，這在電流被中斷前可獲得少於6A的輸入電流。中斷FET的選擇將影響峰值輸入和輸出電流。驅動高端NMOS器件的高性能
、可熱插拔控製器是另外一個選擇，並且能夠實現少於250ns的中斷時間。這些器件針對背板熱插拔卡插入進行了優化，但是可以提供一個性能比這裏展示的解決方案更高的解決方案。

 

 

此電路展示並模仿了中斷情景，也在多變的負載條件下限製升壓轉換器LED驅動器的輸入/輸出電流。該電路經過優化可以適合於汽車LED前qian燈deng驅qu動dong器qi應ying用yong。我wo們men證zheng明ming了le實shi現xian最zui優you電dian路lu響xiang應ying時shi間jian需xu要yao仔zai細xi的de分fen析xi和he組zu件jian選xuan擇ze。將jiang這zhe些xie靈ling敏min性xing集ji成cheng到dao一yi個ge綜zong合he性xing時shi域yu電dian路lu模mo擬ni中zhong有you助zhu於yu理li解jie不bu同tong工gong作zuo條tiao件jian和he組zu件jian選xuan擇ze情qing況kuang下xia的de電dian路lu運yun行xing狀zhuang態tai。

 

提(ti)供(gong)的(de)專(zhuan)業(ye)化(hua)可(ke)熱(re)插(cha)拔(ba)控(kong)製(zhi)器(qi)具(ju)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)特(te)性(xing)和(he)優(you)化(hua)的(de)性(xing)能(neng)，在(zai)設(she)計(ji)時(shi)應(ying)該(gai)將(jiang)它(ta)們(men)考(kao)慮(lv)在(zai)內(nei)。在(zai)任(ren)何(he)一(yi)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，當(dang)執(zhi)行(xing)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)來(lai)中(zhong)斷(duan)或(huo)限(xian)製(zhi)電(dian)源(yuan)時(shi)有(you)必(bi)要(yao)進(jin)行(xing)仔(zai)細(xi)分(fen)析(xi)。為(wei)LED驅動器設計一個穩健耐用的保護電路是一項複雜的工作，而諸如TINA-TI，SPICE和WEBENCH等軟件工具能夠在加快分析和設計方麵提供幫助。