概述
本參考設計針對便攜式投影儀的6A降壓型LED驅(qū)動器，參考設計基于PWM HB LED驅(qū)動器MAX16821,，該電路可驅(qū)動一個LED,；驅(qū)動RGB三色LED時需要使用三片MAX16821。

LED驅(qū)動器規(guī)格

• 輸入電壓范圍(VIN)：10V至15V
• 輸出電壓(VLED)：4.5V至6V
• 輸出電流(ILED)：1.5A至6A,，可模擬控制
• 模擬控制電壓：1.1V至2.8V,，對應1.5A至6A
• 最大LED導通占空比：50%
• 最大LED電流上升/下降時間：< 1µs
• 最大LED電流紋波：6A時，< 15%

輸入
 

• VIN (J1和J2接VIN+,，J3和J4接GND)：10V至15V輸入電源,。
• 通/斷控制(J8)：浮空或連接到+5V，使能驅(qū)動器,；J8短路時禁電路板工作,。
• PWM輸入(J7)：PWM調(diào)光輸入，連接一個幅度為3V至5V的PWM信號。為了保證PWM輸入能夠驅(qū)動Q1和Q7,，信號源在驅(qū)動300pF負載時,，上升/下降時間應小于500ns。由于輸出信號的上升/下降時間控制在1µs以內(nèi),，任何周期為1µs的3至4倍的PWM信號都可以使用,。
• LED電流控制(J6)：LED電流調(diào)節(jié)輸入。加載1.1V至2.8V電壓,，可以在1.5A至5A范圍調(diào)整LED電流,。

輸出

• LED+ (J9、J10)：接LED陽極,。
• LED- (J11,、J12)：接LED陰極。
• 電感電流輸出(J5)：提供一個與LED電流成比例的信號,。OUTV電壓為R9電壓的135倍,。圖1. MAX16821 LED驅(qū)動器電路板

電路說明
LED驅(qū)動器對10V至15V輸入電源電壓進行降壓轉(zhuǎn)換，恒流驅(qū)動一個正向?qū)妷簽?.5V至6V的LED,。使用MAX16821 PWM HB LED驅(qū)動器實現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換,。由于平均電感電流等于LED電流，可以通過控制平均電感電流恒流驅(qū)動LED開關頻率通過電阻R6 (200kΩ)設置為300kHz,。

電路包含兩個控制環(huán)路：內(nèi)部電流環(huán)路根據(jù)外部電壓環(huán)路的輸出控制電感電流,；外部電壓環(huán)路設置內(nèi)部電流環(huán)路，最終控制LED電流,。外部電壓環(huán)路監(jiān)測OUTV引腳,，U1的輸出產(chǎn)生EAOUT信號。EAOUT信號控制內(nèi)部電流環(huán)路,，即控制電感電流,。

模擬LED電流控制
運算放大器U1接受1.1V至2.8V的模擬輸入,，驅(qū)動MAX16821的SENSE+輸入引腳,，在1.5A至6A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)LED電流。當LED電流達到6A時,，連接到U1的參考電壓和電阻分壓器在U1輸出端產(chǎn)生大約20mV (高于VOL的最差值)的電壓,。2.8V的模擬控制輸入產(chǎn)生該輸出電壓。LED電流上升到6A時,，R1和R22構成的電阻分壓器將OUTV的電流檢測信號分壓,，產(chǎn)生一個很小的電壓疊加在U1輸出端；由R1和R22生成的電壓等于SENSE+輸入端100mV的外環(huán)參考電壓,。注意,，OUTV信號是R9、R18電流檢測信號放大后的電壓,，放大倍數(shù)為135V/V,。隨著模擬控制輸入電壓從2.8V開始下降,，U1的輸出電壓從20mV開始線性增大。U1輸出電壓的升高,，使SENSE+輸入在較低的LED電流下達到100mV,。當模擬控制輸入降至大約1.1V時，U1輸出增加到80mV,，LED電流降至1.5A,。

PWM調(diào)光
在PWM處于關閉狀態(tài)時，LED輸出端MOSFET Q9導通,，LED短路,。LED電流降至零，具體取決于Q1的導通時間(本設計中遠遠小于1µs),。PWM處于關閉期間始終保持電感電流,。PWM開始導通時，Q1關閉,，電感電流對輸電容充電,。輸出電壓一旦達到LED的起始導通電壓，LED電流開始上升,。LED電流從0A上升到滿幅值的時間取決于幾個因素：電感電流,、輸出電容以及LED的正向?qū)妷旱淖兓１緟⒖荚O計僅在LED電流設定為6A時滿足< 1µs LED開啟時間的要求,。如需在降低的電流時得到快速的LED開啟時間,，可增大電感值并減小輸出電容。

反饋補償
    電阻R2和R23限制高頻電流環(huán)路的增益,，補償次級諧波振蕩,。在電流環(huán)路傳輸函數(shù)中遠遠低于單位增益頻率的位置設置一個零點，既可以保證在低頻區(qū)有足夠的增益,，又可以保證電感電流的誤差非常小,。利用C1、C19構建該零點,。在PWM關閉,、導通時，Q1和Q2交替連接到RC網(wǎng)絡,，實現(xiàn)補償,。本設計可保持C1、C19的電量,，使PWM響應更加迅速,。

    由于直接測量電感電流，驅(qū)動電路的傳輸函數(shù)中沒有輸出極點。外部電壓環(huán)路簡化成一個單極點系統(tǒng),，而電壓誤差放大器在設定頻率范圍內(nèi)確定這唯一極點,。為了避免兩個反饋環(huán)路相互干擾，C21和C22將外部環(huán)路的單位增益頻率降至電流環(huán)路單位增益頻率的十分之一,。Q7和Q10保持補償電容的電荷,，保證在PWM脈沖變化時，電壓誤差放大器的輸出能即刻切換至所要求的數(shù)值,。電阻R24,、R25可避免Q7和Q10狀態(tài)變化產(chǎn)生的電荷注入而導致的C21、C22充/放電,。

LED電流上升/下降時間
    本設計要求在PWM工作產(chǎn)生6A LED電流時,，LED電流的上升/下降時間保持在1µs以內(nèi)。這就要求使用較小的輸出濾波電容和較大電感,，在滿足LED電流最大紋波的要求的前提下滿足上述條件,。PWM處于關閉狀態(tài)時，Q9導通,，建立可編程的電感電流回路,。如果LED電流設置為6A，電感電流將由MAX16821調(diào)整在6A,。輸出再次導通時,，電感電流對輸出電容C8充電。C8的充電速率決定了LED電流的上升時間,，基于這一點計算C8的取值,。因為Q9的放電速度遠快于C8，所以LED電流的下降時間遠遠小于1µs,。

電路波形

圖3. 參考設計測試數(shù)據(jù)：LED電壓(CH1),、LED電流(CH2)和OUTV電壓(CH3)

圖4. 參考設計測試數(shù)據(jù)：LED電壓(CH1)、LED電流(CH2)和CLP電壓(CH3)

圖5. LED電壓(CH1)和LED電流(CH2)上升時間的測試數(shù)據(jù)

圖6. LED電壓(CH1)和LED電流(CH2)下降時間的測試數(shù)據(jù)

測試參數(shù)
溫度測量
 

• VIN：10V
• IOUT：6A
• TA：25°C
• 電路板溫度：+50°C
• Q3,、Q4和Q9溫度：+52°C
• U1表面溫度：+47.5°C
• L1磁芯溫度：+75°C (電流為5.8A時,，L1溫度高出環(huán)境溫度40°C)

上電順序

 

• 在VIN+和GND之間連接0至20V、5A電源(PS1),。
• 在J6 (V_CONTROL)連接0至5V電源(PS2),。
• 將額定值大于6A的LED通過盡可能短的連線連接到LED+和LED-,，以降低引線電感,。如果需要較長連線，請務必使用雙絞線連接,。
• J5,、J8保持開路。
• 打開PS2電源，輸出1.1V,。
• 逐漸增大PS1電源輸出,，達到10V。LED被點亮,，工作在1.5A連續(xù)電流,。
• 將一個幅度為3V至5V、30%占空比的信號連接至PWM引腳,。LED電流將由PWM信號控制通,、斷。
• 將PS2輸出電壓從1.1V調(diào)整到2.8V,。在PWM處于導通期間,，LED電流從1.5A上升到6A。