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类汽车LED照明属性驱动电路安全设计浅析

在一些应用中,比如汽车LED照明,由于LED的位置通常离司机较远,从而需要增加短路保护。

非同步、升压、电源转换拓扑通常用于LED驱动器中,在这些情况中,输入电压不足以对一组串联/并联LED灯串进行正向偏置。这种电感式开关拓扑生成了实现LED电流调节所需的恒流制输出电压,并且通常用于LCD背光应用。在LED矩阵应用中,例如汽车内部和外部照明,由于远离司机,输出对地短路的可能性是真实的,甚至可能是灾难性的。保护电路能限制电流并作为电子断路器,可以防止灾难性的故障。

如图1所示,升压转换器的输入通过升压电感器(L1)和升压二极管(D1)物理连接其输出。因此,输出端的短路会使升压电感器饱和,造成电流尖峰,足以损坏升压二极管。更糟糕的是,短路还可以破坏与输入相关的所有连接,包括脉宽调制(PWM)控制器。显然,在使用这种拓扑来为远程LED供电时,需要某种形式的电路保护。我们接下来要考虑一种通用且低成本的电路,可以优化保护升压转换器和防止输入端出现短路负载的情况。此外,我们将介绍一个电路模拟,验证所需的响应。

类汽车LED照明属性驱动电路安全设计浅析

图1. 基于非隔离升压拓扑的LED驱动电路

限流器和电子断路器

电流分流监视器(CSM)是一种高精度、高增益差分电流检测放大器,经常用于监视输入和输出电流。 图2展示的是其典型的配置。这个特定器件集成了一个开漏比较器,可以将其编程,在预设定的线路电流上跳闸、锁存和复位。

类汽车LED照明属性驱动电路安全设计浅析

图2. 电流分流监视器组件增加了保护

此比较器的输出可用于控制外部MOSFET开关,可以在几微秒内中断负载短路。 除了在输出故障情况下中断输入电流之外,模拟输出可用于解决开关稳压器上所谓的“负输入阻抗”。输入电压降低时,“负输入阻抗”将导致输入电流增加。

通过将输入电流与输出电流以合乎逻辑的配置相连,可实现对输入的控制。其目的是生成复合反馈信号,驱动PWM控制器,如图3中所示。随后,CSM覆盖输出电流反馈,并迫使LED电流随着输入电压的下降降到一个预设电平,从而限制输入电流。

类汽车LED照明属性驱动电路安全设计浅析

图3. 输入限流器依赖于感测输入和输出电流

电路操作

图4显示了带输出短路保护功能的升压转换器LED驱动器的电路实现方式。电路中所示的欧司朗光电半导体Ostar LED是针对汽车前照灯应用的器件,实际上是绝缘金属基板上的一个完整的五芯片LED。该器件的浪涌电流额定值为2A,小于10μs,以及1A时典型的的18V正向电压。LED电流由检测电阻(RSNS)设定,它的值与PWM转换器的内部带隙基准成比例 (RSNS = VREF/ILED)。使用具有低参考电压的升压转换器有助于实现更高的转换器效率,并降低组件热应力。

类汽车LED照明属性驱动电路安全设计浅析

图4. 具有短路故障保护的LED升压驱动电路。