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基于單片機(jī)的低功耗投影儀的RGB LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-04-12 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/168175.htm

本文提供的參考采用單個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器依次為 提供10A電流驅(qū)動。MOSFETS Q8、Q9和Q10選擇并切換穩(wěn)定的電感電流,PWM信號為其中一個(gè) 提供驅(qū)動。

MAX16821B buck轉(zhuǎn)換器的核心電路工作在平均電流控制模式,將10V至15V輸入電源電壓降至4.5V至6V LED正向偏壓。buck轉(zhuǎn)換器的工作頻率通過外部接地電阻設(shè)置。MODE引腳連接至GND,選擇IC工作buck模式。轉(zhuǎn)換器開關(guān)工作頻率為300kHz,該設(shè)置使得器件優(yōu)化工作在以較小尺寸電感提供非常高的效率。

要求LED電流上升/下降時(shí)間小于1µs,為達(dá)到這一指標(biāo),必須選擇非常小的輸出濾波電容,從而增大了負(fù)載紋波電流。另外,如果選擇大于常規(guī)值的電感,電感紋波電流將保持在負(fù)載紋波電流以內(nèi)。輸出端通過1µF電容(C11)將輸出電流擺率限制在10A/µs,防止寄生元件造成任何過沖。

LED通過電感控制并維持10A電流,按照任意瞬間需要驅(qū)動的LED,分別導(dǎo)通Q8、Q9或Q10,將電感電流切換到對應(yīng)的LED。全部三個(gè)LED關(guān)閉時(shí),電感電流通過Q4構(gòu)成本地回路。

MAX16821器件有兩個(gè)控制環(huán)路:內(nèi)部環(huán)路控制電感電流,外部環(huán)路確定驅(qū)動LED所需的電感電流。在降壓轉(zhuǎn)換器中,電感電流與LED電流相同。因此,控制電路被簡化為單個(gè)電感電流監(jiān)測環(huán)路。本中,為防止電感電流的次級諧波振蕩,R5將電流誤差放大器增益限制在11.5V/V。電流環(huán)路補(bǔ)償沒有零-極點(diǎn)對,從而增大了低頻增益,使電感電流準(zhǔn)確穩(wěn)定在電壓環(huán)路的設(shè)置值。電壓誤差放大器將R11||R17兩端的LED檢流電壓與內(nèi)部100mV基準(zhǔn)進(jìn)行比較,并提供70dB誤差增益。經(jīng)過放大后的輸出驅(qū)動內(nèi)部電流環(huán)路。即使內(nèi)部電流環(huán)路增益較低,由于電壓誤差放大器的高增益也能夠使LED電流穩(wěn)定在10A。

電感電流在 LED和Q4形成的本地環(huán)路之間切換,電壓誤差放大器輸出需要4級不同電平。因?yàn)檫@4種條件下的輸出電壓不同,所以需要4個(gè)電平。4個(gè)不同的補(bǔ)償電容(C7、C10、C13和C14)用于存儲電壓誤差放大器輸出,分別對應(yīng)4種不同的負(fù)載條件。補(bǔ)償電容通過模擬開關(guān)(Q2、Q5、Q6和Q7)連接到電路,每次接通一路。一旦打開LED,對應(yīng)的補(bǔ)償電容即刻將誤差放大器輸出調(diào)節(jié)至上次存儲電壓,從而使LED電流很快上升至10A。

內(nèi)部電流環(huán)路吸收電感形成的極點(diǎn),由LED動態(tài)阻抗和輸出電容C11構(gòu)成的輸出極點(diǎn),所產(chǎn)生的極點(diǎn)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開關(guān)頻率。電壓環(huán)路只有一個(gè)極性,為電壓誤差放大器的極點(diǎn)。補(bǔ)償電容(C7、C10、C13和C14)在原點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)極點(diǎn),使電壓環(huán)路在1/10頻程通過0dB。

MAX15025雙通道MOSFET驅(qū)動器(U2、U3)驅(qū)動(Q2、Q5、Q6和Q7),在LED負(fù)載之間快速切換,電流擺率高達(dá)10A/1µs。由C9和R10構(gòu)成的降損電路減緩了LX節(jié)點(diǎn)的開關(guān)邊沿,有助于抑制任何過沖/欠沖振鈴。如果輸出電壓超過6.4V,由R3和R4提供的過壓保護(hù)反饋將關(guān)斷U1。一旦輸出電壓降至5.4V以下,U1恢復(fù)開關(guān)操作。濾波電容C1防止由于噪聲引起的錯(cuò)誤觸發(fā)。RC網(wǎng)絡(luò)提供從電源導(dǎo)通沿開始的3ms延遲,使U1在輸入電源穩(wěn)定后開始工作。

圖4. 示波器截圖顯示了其中一個(gè)LED (CH3)的電流;OUTV引腳(CH1)電壓代表電感電流的大??;CLP引腳(CH2)上的電壓代表PWM占空比。電感電流在整個(gè)周期內(nèi)相同。藍(lán)光、綠光LED的PWM占空比幾乎相同,但紅光LED較小。在1µs內(nèi) LED電流上升并穩(wěn)定至最終值。


溫度測量:
VIN:12V
IOUT:10A至RGB LED,每種顏色為20% PWM
制冷:電路板被強(qiáng)制風(fēng)冷
電路板溫度:+53°C
Q1、Q3外殼:+60°C
Q4、Q8、Q9和Q10外殼:+58°C
U1頂部:+53°C
L1線圈溫度:+70°C
上電步驟
將10A RGB LED連接至J5、J6和J7。
保持PWMR、PWMG、PWMB和PWMN信號為低電平。
將電源電壓逐漸增高至10V,觀察電流,電流應(yīng)小于0.3A。
施加PWM信號PWMR、PWMG和PWMB,PWM占空比為15%至20% (定位每個(gè)PWM脈沖,同時(shí)應(yīng)只有一個(gè)PWM信號為高電平)。PWMN信號應(yīng)為PWMR、PWMG和PWMB的數(shù)字或非。全部三個(gè)LED按照設(shè)定的占空比由10A電流交替驅(qū)動。


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