原理图解析--LED驱动部分

柳叶舟

原理图解析--LED驱动部分 [复制链接]

前几日调通了应急灯的LED驱动和电源切换部分，今天我就我的原理图来对我的设计做一些说明，其中包含我对Maxim芯片的一些理解，如有不当之处，还请大家指正。

首先是LED驱动部分的原理，请看我的原理图：

从Maxim工程师建议的芯片列表中选择了一片Max16832，说实话，Maxim工程师给的芯片列表大多是用来驱动大功率LED的，并不太适合20mA LED的驱动，不过自活动一开始我就相中了Max16822/32这对兄弟，很想试试它们的效果，就让它勉为其难，陪这帮小家伙玩玩吧。

16832适合的场合是大电流应用，而这里的LED电流只有20mA，我们也不能把电压升的太高，不然的话在效率上就说不过去了。因此在这里我采用的是多串并联的方式，只取一串电流做参考。虽然不能检测每一串的电流，但是每串的参数基本一样，所以电流也不会相差太大。

在这里我还想说一下我对LED恒压和横流驱动的看法。虽然很多资料中一再强调LED一定要横流驱动，但是LED并非如大家想象的那样脆弱。最初我也是很崇尚横流驱动的，但是在经历了很多次纠结后慢慢转变了看法。现在我的想法是：如果要设计通用的LED驱动器，则最好采用横流驱动，以扩展其应用范围；而当采用确定的LED来制作成品时，则最好采用恒压驱动，根据当前LED设定好驱动电压，其稳定性不会比横流驱动的差多少。毕竟物理条件没改变，电流不变，电压当然也不用变了，因此横流和恒压，其实是一个事物的两个不同方面（拜托大家不要让我继续解释这句话哦，我大学的马哲没学好，呵呵^_^）。同时，做恒流驱动时要有采样电阻，这也会对电路的效率产生影响的，而且串联数量越少，影响越大，如果是采用升压驱动就更纠结了，因为串联数量增加虽然减小了采样电阻对效率的影响，但是升压的倍率增加也会导致效率下降的。呵呵，大家就需要去考虑折中了。

罗嗦了半天，大家还是让眼睛倒退几行，我们来看一下这个原理图吧。这个Max16832采用的是低端开关的降压变换模式。什么叫低端开关呢？我们再多看一张图吧。

图1是基本的降压开关拓扑，剩下的三张则是其等价变换的图。也就是说后面的图和第一个效果是一样的，即输出端电压差是一样的，所不同的是图2和图4输出与输入不共地。16832采用的是图4的拓扑，为了实现高端电流检测而将电感和开关管放在了低端。这样，在高端就会有一个恒定的电流。CS为电流检测端，通过检测R1上的电压来检测LED的电流，从而调整输出电压，跟普通DC-DC的反馈电阻原理完全一样。

引脚7（DIM）是PWM电压调光的引脚，其实就是该芯片的片选端，通过在一个PWM周期中选通时间的不同来调节亮度，既然它本身就是用来开通芯片的，那就用来当开关好了，因此，我的节能灯就有了一个电子开关。

这里我再补充一下DC-DC中选通与输出的关系。并非所有的DC-DC芯片在使能信号无效时都可以关闭输出的，例如下面这个MIC2287的原理图：

在这里我们可以看到，即使芯片不工作，电流也可以通过电感、输出整流二极管（CMDSH-3）来到达输出端。由于这类拓扑有一个电流直接通路，所以在关闭芯片使能的时候只是让芯片不工作了，但是电流还是可以到达输出端，只是输出电压是和输入电压一样的。总结起来，在三个基本拓扑当中，所有的降压及反相拓扑可以在关闭芯片时关闭输出，同步整流的升压芯片也可以在关闭芯片时关闭输出，但是非同步整流的升压芯片在关闭芯片时不可以关闭输出，这点大家可要注意了，要不然设计的电路跟Datasheet上所说的待机功耗不一样时可就要头大了。

最后再说一下模拟调光部分，这部分其实是一个热保护电路，在LED温度比较高的时候可以适当的降低电流来防止LED过热。几乎所有的大功率LED驱动芯片和充电芯片都会设置这样的一个电路。不过Maxim把它当做一个模拟调光功能，并给出了调节公式，虽说把它当做一个功能有些牵强（因为采用这个功能意味着要牺牲热保护功能），但是这个公式却极大的方便了这个芯片的灵活使用，Maxim芯片手册的详尽程度还是很值得肯定的。

这个调光的公式是这样的：

 

柳叶舟

这里，Vtfb_on是热保护内部参考电压，为2V；Vad为调光引脚电压，这个电压可以外供也可以采用电阻在内部恒流源输出的电流上的压降来表现出来。值得一提的是公式中的1/V这个东东，最初我以为是一个变量，迷茫了好一阵子，后来才发现这是FBslope的单位。我们可以看到公式里小括号中的两个变量的单位都是伏特，而FBslope是一个系数，让1来减一个伏特显然没有意义，物理公式有意义的基本条件，进行运算的两个变量要具有相同的单位。所以，这样，中括号中的乘法运算结束后，结果的单位也就变成了数字1，就可以和单位数字1来进行运算了。其实公式完全可以不这么写，因为如果Vad表示一个电压的话，它就可以同时表示电压的数据和单位，去掉里面的单位反而不会引起歧义，而且可读性也更强。一点小小的看法，不知Maxim的工程师是否认同。

同时我对这个公式也有一点看法，这里的Vtfb_on为2V，FBslope为0.75，这样当外部引脚电压为0时中括号内会运算出一个负的结果，外面也没有绝对值号。在这个电路中不可能有反相电流的。而且即使有绝对值号，那么这个公式给出的现象也是调节时亮度在变到最暗后还会变亮一些，这显然是跟事实不符的。基于我的测试结果（仅凭现象作定性推断），这里的中括号中的乘法运算中还要再乘以一个0.5。以下计算即根据我修改的公式来进行的，如有错误，还请大家指正。

这个公式中FBslope=0.75，这就意味着调光只能有一个终点，就是当Vtfb_on和Vad相等时，运算结果为0，可以消除倍率的作用，从而达到电流最大值。而当Vad为0V时，中括号中的运算结果得到最小值，但是这个最小值由于有0.75的倍率存在，LED最小电流不可能为0mA，而是最大电流的1/4。因此调光不能全程调节，不过这也绝对够用了。

关于LED驱动部分目前就讲到这里吧，接下来我要整理电源切换部分了。

仙猫

看发光二极管的伏安特性图便知，它的发光段曲线是很陡的，这种情况下用电压去控制电流相对困难，电压稍波动一点的话电流起伏可以大得没边，正所谓“差之毫厘，失之千里”。

cunlingwang

多谢了！讲的很好！

逍遥游

多谢了，我这几天也在为用横流还是恒压纠结呢,看了你的,就不用想了:carnation:

meeagle

:carnation:  很好！

山野狼

讲的很好！:rose:

qwqwqw2088

谢谢楼主 真的讲的真不错，，