采用MAX16834設(shè)計(jì)buck-boost LED驅(qū)動(dòng)器

作者：時(shí)間：2010-05-06 來源：網(wǎng)絡(luò)

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本參考設(shè)計(jì)用于buck-boost LED驅(qū)動(dòng)器。設(shè)計(jì)采用電流模式高亮度LED驅(qū)動(dòng)器MAX16834，利用MAX16834評估(EV)板實(shí)現(xiàn)此設(shè)計(jì)方案。本應(yīng)用筆記提供設(shè)計(jì)說明、原理圖、材料清單(BOM)以及性能數(shù)據(jù)。該參考設(shè)計(jì)中，buck-boost轉(zhuǎn)換器(以輸入電壓為參考)從7V至18V直流電源產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)4個(gè)白光LED (WLED)的350mA電流，設(shè)計(jì)采用MAX16834電流模式高亮度(HB) LED驅(qū)動(dòng)器。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/180870.htm

MAX16834 pdf datasheet:http://www.elecfans.com/soft/39/2008/200808187352.html

LED驅(qū)動(dòng)器規(guī)范

輸入電壓：7V至18V
輸入電壓紋波：100mV_P-P
LED電流：350mA
LED電流紋波：5% (最大值)
LED正向電壓：3.5V (350mA時(shí))
LED數(shù)量：4只(最大值)
輸出過壓保護(hù)：17.2V

輸入端

V_IN、PGND：電源輸入
PWMDIM、SGND：PWM調(diào)光輸入

輸出端

LED+：連接LED陽極至LED+
LED-：連接LED陰極至LED-

詳細(xì)電路(PDF, 60.64kB)
圖1. MAX16834EVKIT用于實(shí)現(xiàn)參考設(shè)計(jì)的功能

圖2. LED驅(qū)動(dòng)器原理圖

元件列表* (材料清單BOM)

Designator	Quantity	Description
C1, C7, C8	3	2.2µF, 25V X7R, ceramic capacitor (0805)
C2	1	2.2µF, 25V X7R, ceramic capacitor (0805)
C11	1	10µF, 16V X7R, ceramic capacitor (1206)
C3, C12, C14, C15	4	0.1µF, 16V X7R, ceramic capacitor (0603)
C13	1	1.5nF, 10V X7R, ceramic capacitor (0603)
C16, C18	2	1nF, 10V X7R, ceramic capacitor (0603)
Cx	1	100pF, 10V X7R, ceramic capacitor (0603)
D1	1	MAZS0680ML, 6.8V Zener diode, SSMINI
D2	1	B160B, 1A, 60V Schottky diode
L1	1	MMS1038-223ML, 22µH, 2.34A inductor
N1, N2	2	SI2318DS, 40V, 3A, n-channel MOSFET (SOT23)
R1	1	34kΩ ±1% resistor (0402)
R2	1	9.53kΩ ±1% resistor (0402)
R7	1	2.2kΩ ±1% resistor (0805)
R5	1	0.56kΩ ±1% resistor (0803)
R9	1	0.15Ω ±1% resistor (0603)
R10	1	310Ω ±1% resistor (0402)
R11	1	243kΩ ±1% resistor (0402)
R12	1	22.1kΩ ±1% resistor (0402)
R13	1	13.1kΩ ±1% resistor (0402)
R14	1	10kΩ ±% resistor (0402)
R15	1	11kΩ ±1% resistor (0402)
R16	1	23.2kΩ ±1% resistor (0402)
R17	1	26.7kΩ ±1% resistor (0402)
U1	1	MAX16834ATP+ 20-pin, 4mm x 4mm TQFN-EP

*元件標(biāo)識與MAX16834評估板一致。

詳細(xì)說明

將boost轉(zhuǎn)換器輸出負(fù)端連接到輸入電源正端，構(gòu)成buck-boost轉(zhuǎn)換器(以輸入電壓為參考)。

在此設(shè)計(jì)一款buck-boost轉(zhuǎn)換器(以輸入電壓為參考)，從7V至18V直流電源產(chǎn)生350mA電流，驅(qū)動(dòng)4個(gè)白光LED (WLED) (每個(gè)WLED在350mA時(shí)的正向壓降為3.5V)。MAX16834 HB LED驅(qū)動(dòng)器集成了峰值電流模式控制器，工作于CCM (連續(xù)導(dǎo)通模式)，開關(guān)頻率為495kHz。開關(guān)頻率通過R15電阻(11kΩ)設(shè)置。

輸入、輸出電壓變化時(shí)，MAX16834控制電感的峰值電流，保證LED的電流為350mA。檢測LED回路的電流檢測電阻兩端的電壓，然后將其在內(nèi)部放大9.9倍，這樣可以減小檢測電阻的阻值，從而提高效率。經(jīng)過放大的電壓與R16和R17設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其差值由一個(gè)GM = 500µS的跨導(dǎo)放大器進(jìn)行放大，輸出信號在COMP引腳產(chǎn)生控制電壓，此電壓設(shè)置電流環(huán)路的基準(zhǔn)，這樣，電感電流檢測電阻R9兩端的電壓峰值最終成為此控制電壓。

轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

輸入電壓范圍：7V至18V
輸入電壓紋波：100mV_P-P
LED正向最大電壓：14V (即4 x 3.5V)
LED電流：350mA
LED電流紋波：5% (最大值)
開關(guān)頻率：455kHz

按照式1計(jì)算N2的最大占空比：

式1.

其中，V_LEDMAX是LED最大電壓，V_INMIN是最低輸入電壓，V_D是二極管壓降，V_DS是FET開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的平均壓降。

本應(yīng)用中，D_MAX為0.69。

電感(L1)選擇

選擇電感，需要知道其電感量和峰值電流。峰值電感電流可用式2計(jì)算：

式2.

其中，I_LAVG為平均電感電流，ΔI_L為電感電流紋波，表示為平均電感電流的百分比：

式3.

允許電流紋波ΔI_L為30%，代入已知參數(shù)，可以得到：

式4.

最小電感量可由式5計(jì)算：

式5.

其中，f_SW為開關(guān)頻率?？紤]到20%的容差，可得L_MIN = 17µH，此處選擇22µH電感。

開關(guān)檢流電阻(R9)

正常工作時(shí)，開關(guān)檢流電阻兩端的電壓最大值不應(yīng)高于250mV，如果檢流電阻的電壓達(dá)到300mV (典型值)，轉(zhuǎn)換器將關(guān)斷。R9上的電壓決定了開關(guān)周期中導(dǎo)通脈沖的寬度，芯片內(nèi)部提供了前沿屏蔽電路，可防止開關(guān)MOSFET提前關(guān)斷。R9的計(jì)算如式6所示：

式6.

計(jì)算得到：R9 = 0.133Ω，這里R9選擇0.15Ω。

斜率補(bǔ)償電容(C13)

眾所周知，在峰值電流模式控制中，CCM boost轉(zhuǎn)換器的占空比超過50%時(shí)環(huán)路將出現(xiàn)不穩(wěn)定，需要引入適當(dāng)?shù)男甭恃a(bǔ)償，以消除由諧波分量引起的不穩(wěn)定性。MAX16834具有內(nèi)部斜坡發(fā)生器，用于斜率補(bǔ)償。在每個(gè)開關(guān)周期開始時(shí)，斜坡電壓復(fù)位，然后按外部電容C13設(shè)定的速率上升，C13由內(nèi)部的100µA電流源進(jìn)行充電，斜坡電壓與R9兩端的電壓內(nèi)部疊加。C13的計(jì)算如式7所示：

式7.

其中，V_SLOPE為：

式8.

從式7和式8可以得到：C13 = 1.57nF，實(shí)際選取1.5nF電容。

LED檢流電阻(R5)

利用式9計(jì)算R5：

式9.

在此應(yīng)用中，取V_REFI = 1.94V，得到：R5 = 0.56Ω。

濾波電容

輸出電容C_OUT (C7與C8的并聯(lián)電容)按式10計(jì)算：

式10.

其中，ΔV_LED為輸出電壓紋波的最大峰峰值，它取決于最大電流紋波和此電流下LED的動(dòng)態(tài)阻抗。為延長LED使用壽命并保證其色度，LED上的紋波電流應(yīng)小于其平均電流的5%。本應(yīng)用中，計(jì)算得到C_OUT為3µF，故電容C7、C8均選用2.2µF/50V。

由式11計(jì)算輸入電容(C1、C2的并聯(lián)電容)：

式11.