LED 驱动器应用中升压转换器的简单开路保护

引言

驱动高亮度 LED 的一种方法是对标准升压转换器拓扑进行修改，以驱动恒定电流通过负载。但是，这种实施方法存在一个严重问题，因为 LED 串中出现的开路故障会移除负载电流的通路。由于来自转换器(此时在无反馈情况下工作)的高输出电压，这样可能会对电路造成潜在损坏。本文为您介绍一种简单的健壮开路故障保护方法，其使用一个齐纳二极管和一个电阻器，并且对总效率的影响可以忽略不计。通过将一个高压升压转换器配置为一个恒流驱动器，用于驱动 3 支高亮度白光 LED，并在输出端产生一个模拟故障状态，我们可以验证这种拓扑结构的功能性。该电路将输出电压控制在某个安全水平，并在受保护状态下减少输出电流。

典型高亮度 LED升压转换器

我们常常对转换器进行修改，以在单节锂离子(Li-Ion)、碱性及其它应用中驱动高亮度 LED。在这些应用中，LED 串的电压超出了电池或者电源轨电压。在标准升压配置结构中，利用一个分压器产生电路的反馈电压 VFB，从而对输出电压 VOUT 进行监控。转换器对输出电压进行调节，让 VFB 始终都等于片上参考电压 VREF。这种拓扑为自适应型，可用负载代替反馈分压器中的上层电阻器，从而保持恒定电流而非恒定电压，如图 1 中 LED 串所示。负载电流依赖于升压转换器的片上参考电压，其计算方法如下：

这种简单实施方法存在的一个严重问题是，LED 串中出现的开路故障会移除负载电流的通路。当没有电流流过反馈电阻器 RSET 时，VFB 被下拉至接地。作为响应，升压转换器会尽可能地增加其工作占空比至最大值，目的是在反馈 (FB)针脚上维持正确的电压。利用理想化的升压转换器传输函数表明，当转换器接近其最大占空比时，可以产生高输出电压 (VOUT)。请思考一个90%(常用值)典型最大占空比且 5V 输入的升压转换器：

转换器输出端高压带来发生多次故障的可能性。这种电压可能会超出内部或者外部开关式器件或者无源组件的额定值。另外，如果在没有采取保护措施的情况下操作电路，它还会给用户带来潜在危险，并可能会在连接时损坏负载。

图 1 无开路保护LED 驱动器高压升压转换器结构

保护电路

在出现开路状态时，负载电流必须有一条备用通路。尽管将一个电阻器与 LED 串并联可以提供一条通路，但其并不理想，因为它会引起巨大的效率损失。替代配置(图 2)由一个齐纳二极管和一个电阻器组成，可提供足够的系统保护，并且效率损失微乎其微。

图 2 有开路保护LED 驱动器电路

当负载电流通路被移除时，输出电压上升，直到齐纳二极管 ZD1 开启，同时电流流经 RPRO 和 RSET 接地。输出电流由 RPRO 和 RSET 的串联组合决定，因为 VFB 受到驱动后等于内部带隙参考电压 VREF。因此，输出保护电流默认为：