5S2P AR111 LED灯buck-boost驱动设计方

2011-10-23 17:23:25来源: 互联网
本参考设计以MAX16819为主控制器,为5S2P AR111 LED灯提供buck-boost驱动方案。图1为电路原理图,图2给出了设计布局图。

  如下为电气输入要求、输出特性:

  VIN:12VAC ±10%

  PWM输入:不适用

  VLED配置:5S2P,每只LED电压为3VDC至3.8VDC (每串19VDC,最大值),每串电流500mA

  以下详细讨论了该参考设计,分析其主电路模块和设计规范。

  


  详细图片(PDF, 10kB)

  图1. LED驱动器原理图

  

  详细图片(PDF, 36kB)

  图2. LED驱动器布局

  设计分析

  AR111 LED灯参考设计可驱动总共10只LED—2串并联、每串5只LED。输入电压为12VAC、容差±10%。肖特基二极管D1至D4构成全波整流电路,电容C1至C8用于电压滤波。根据对LED闪烁的要求,可以去掉一些滤波电容以降低成本。这些电容中包含一个钽电容,具有较好的温度特性。

  因为LED按照5S2P排列,不可能达到完全匹配的电流。假设LED灯具有良好的匹配度,使电流差异降至最小。控制每串LED的数量及混合架构的灯管数量,有助于减轻电流匹配度的影响。

  MAX16819设计用作buck调节器,也可以设置成buck-boost模式。但是,这种配置下会牺牲一定的电流精度。

  电感选择

  按照下式计算LED电流:

  

  其中,IL是电感电流。上式表明LED电流等于输入、输出电压修正后的电感电流。VIN的波动(120Hz纹波)将导致LED电流随之波动。

  利用下式计算电感电流:

  

  本设计中,平均LED电流为1A,平均VIN为13V,平均VLED为19V。因此,所要求的电感电流为:

  

  可利用80mΩ检流电阻调整电感电流。输入电压较低(假设10V左右)时,LED电流跌落到大约850mA;输入电压达到16V时,LED电流可以达到1.12A左右。

  电感L1工作在250kHz开关频率,平均电流为2.46A,峰值电流为2.83A。可选择Coilcraft®的电感MSS1260-393ML,电感值为39µH,额定连续电流为2.6A (40°C温升),饱和电流为3.08A (电感值下降10%)。

  过压保护

  负载开路时,R7、R8和Q2可提供过压(OV)保护。如果没有过压保护电路,处于开路状态的LED将导致输出电压失控,损坏器件。过压保护门限约为30V。

  热管理

  R2、R4、R5、R6和U2提供折返式热管理。R4为100kΩ负温度系数热敏电阻(常数B = 4250)。当温度达到50摄氏度时,电阻R4的阻值降低,使U2控制引脚的电压提高,导致部分电流流过R6和R2。这些电流可降低输入检流电阻R1的电压,从而降低电感和LED的电流。随着温度的升高,R2电压进一步增大,使LED电流进一步降低。最后,随着LED电流的降低,使温度恢复到正常范围,达到系统平衡。折返式热管理架构允许LED灯用于空气流通条件有限的场合,无需考虑过热问题。热管理可能使灯管亮度受到轻微影响,但仍可保持能够接受的照明亮度。

  Q1 (STN3NF06L)为60V、0.07Ω、逻辑电平控制的MOSFET,采用SOT223封装。这款MOSFET具有很小的极总电荷(Qg = 9nC,最大值),能够使开关损耗保持在最小。器件损耗近似为:400mW (传导损耗)和500mW (开关损耗),共计900mW。封装热阻为38°C/W,将导致管芯温度比PCB温度高出34°C。还需考虑可能的误差因素,以保留更多裕量。

  PCB布局

  PCB设计中,所有器件都放置在电路板顶层,底层保留用作地。实际应用中,电路安装在铝结构上,能够提供较好的接地和散热性能。顶层设计采用较大的覆铜面积,以改善与铝结构之间的导热能力。

关键字:5S2P  AR111  LED  buck-boost  驱动

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1023/article_12427.html
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