LED 驅動器應用中升壓轉換器的簡單開路保護

我們為齊納二極管選擇一個電壓，以使正常電路工作期間沒有電流流經它。為了確保該二極管在正常運行期間完全關閉，所選電壓應至少高于最大負載電壓 2V，但小于升壓轉換器的規定最大輸出電壓。這樣，電路設計人員便不會經常被迫增加輸出電容器 C2 和 C3 以及箝位二極管 SD1 的額定電壓。輸出電壓被控制為齊納二極管電壓與參考電壓的和：

通過平衡電路保護期間的 LED 電流感應誤差和功耗來選擇 RPRO 值。實際上，RPRO 的值應盡可能地大，以最小化齊納二極管的功耗：

進入電路的誤差，由齊納二極管的漏電流IZL以及升壓轉換器內部誤差放大器的偏置電流 IFB 所引起。方程式 6 是一個經過修改的傳輸函數，其包括了這些誤差：

由于這兩種電流一般都小于 1 µA，因此引起的誤差非常小，在大多數實現中均可以忽略不計。

演示論證

作為一個應用舉例，TI TPS61170 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。

圖 3 保護電路激活示波器截屏

升壓轉換器經過配置，用于驅動 3 支高亮度白光 LED(260 mA)。典型參考電壓為 1.229 V 時，將簡化的負載電流用于方程式7中，計算得到RSET：

我們選用1mA值作為保護電流(IPRO)，以計算RPRO值：

我們為 ZD1 選擇一個 15V 齊納二極管，以表現約 10V 預計負載電壓時的最小漏電流，同時還將輸出控制在遠低于升壓轉換器最大允許輸出電壓 (40V) 的某個值。輸出電壓被控制在齊納二極管電壓 (VZD1)，其與轉換器參考電壓的和為：

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200 nA用于反饋偏置電流 (IFB)，1 µA 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 260 mA。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 38 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 38 改變為 1038，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，輸出電壓穩定在了約 16V 的箝位電壓。

結論

我們為您介紹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 1.2k 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下的輸出表現符合我們的預期。