高亮度 （HB） LED 是電池備用照明應(yīng)用的良好解決方案，尤其是應(yīng)急照明。然而，將高效LED光源與高容量單節(jié)Li+電池相結(jié)合可能是一個(gè)挑戰(zhàn)。本應(yīng)用筆記給出了一種實(shí)用方案，利用MAX16834 HB LED驅(qū)動(dòng)器從低壓電源為一系列HB LED供電。

概述

高亮度 （HB） LED 現(xiàn)在可用于各種照明應(yīng)用。光輸出，通常被稱為“發(fā)光效率”，以每瓦消耗的流明輸出來衡量，現(xiàn)在甚至超過了熒光照明系統(tǒng)?？煽啃院捅举|(zhì)安全工作電壓使HB LED成為電池備用照明系統(tǒng)（如應(yīng)急照明）的良好解決方案。

隨著LED設(shè)備的進(jìn)步，電池技術(shù)也隨之改進(jìn)。最高容量鋰離子（Li+）電池的能量密度現(xiàn)在超過~750kJ / kg。鎳錳氫（NiMH）電池的能量密度較低，約為200kJ / kg。（為了進(jìn)行比較，請(qǐng)注意汽油約為44MJ / kg。單節(jié)Li+電池的端電壓約為3.7V。因此，除非將多個(gè)電池串聯(lián)放置，這會(huì)帶來功率共享等設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，否則用戶通常更喜歡使用單電池解決方案。

當(dāng)今的挑戰(zhàn)是將高效LED光源與高容量單節(jié)Li+電池相結(jié)合，其中可用電源電壓僅為3V至4V。本應(yīng)用筆記介紹了一種實(shí)用的解決方案，使用Maxim MAX16834 HB LED驅(qū)動(dòng)器從低壓電源為一系列HB LED供電。

電源和 LED 燈串電壓的連續(xù)升壓效率低下

考慮升壓配置的常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如標(biāo)準(zhǔn)MAX16834 HB LED驅(qū)動(dòng)器評(píng)估（EV）評(píng)估（EV）板，MAX16834EVKIT（圖1）。

圖1.HB LED 驅(qū)動(dòng)器的常見升壓配置。

為了給開關(guān)MOSFET提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，MAX16834需要至少4.5V的工作電壓，以使FET良好導(dǎo)通。對(duì)于使用 n 溝道 FET 在升壓模式下工作的 HB LED 驅(qū)動(dòng)器來說，這并不罕見。

由單個(gè)Li+電池供電的電源可能低至3V，因此電路中FET和其他電源的驅(qū)動(dòng)力不足以正常工作。因此，如果電池電源電壓可以升壓到更高的值，則設(shè)備可以正常工作。

為控制器增加一次電池電源，然后再次增加對(duì)LED串的正確電流控制，會(huì)對(duì)功耗產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，從而影響電池壽命。這是因?yàn)檎w效率是每個(gè)階段效率的乘積?；蛘吒鼫?zhǔn)確地說，70%的效率提升，然后70%的控制效率只會(huì)帶來~50%的整體效率。

本文所述的方案使用低成本、低功耗升壓轉(zhuǎn)換器為評(píng)估板中的HB LED驅(qū)動(dòng)器提供恒定的5V電源。同時(shí)，電池原電源直接供應(yīng)給FET升壓轉(zhuǎn)換器級(jí)。這樣，電池電量只需提升一次即可為 LED 燈串供電。

升壓轉(zhuǎn)換器同時(shí)為 LED 燈串和 FET 供電

MAX16834為高度通用的HB LED驅(qū)動(dòng)器，通過模擬和脈寬調(diào)制（PWM）控制提供調(diào)光。它采用升壓、降壓-升壓、SEPIC 和高邊降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除了驅(qū)動(dòng)由開關(guān)控制器控制的n溝道功率MOSFET開關(guān)外，它還驅(qū)動(dòng)n溝道PWM調(diào)光開關(guān)，實(shí)現(xiàn)LED PWM調(diào)光。它集成了實(shí)現(xiàn)具有寬范圍調(diào)光控制的固定頻率HB LED驅(qū)動(dòng)器所需的所有構(gòu)建模塊。

需要對(duì)MAX16834評(píng)估板進(jìn)行一些修改。本設(shè)計(jì)采用MAX8815A升壓轉(zhuǎn)換器。評(píng)估板默認(rèn)設(shè)置為5V輸出，因此無需修改標(biāo)準(zhǔn)電路（圖2）。

圖2.MAX8815AEVKIT提供應(yīng)用所需的5V輸出，因此無需修改電路。

解決方案設(shè)置

整個(gè)電路用于將高達(dá) 1A 的電流驅(qū)動(dòng)到串聯(lián)的 6 個(gè)首爾半導(dǎo)體 P7 LED 串中。雖然LED的電流比本例中使用的LED高得多，但標(biāo)準(zhǔn)MAX16834評(píng)估板可驅(qū)動(dòng)高達(dá)1A的電流，足以進(jìn)行本分析。圖3顯示了HB LED驅(qū)動(dòng)器和升壓轉(zhuǎn)換器的配置。

圖3.MAX16834 HB LED驅(qū)動(dòng)器和MAX8815A升壓轉(zhuǎn)換器

為了消除電池放電期間電壓變化或阻抗增加的影響，使用了大電流、低壓電源代替電池。這使輸入電壓保持接近恒定，因?yàn)長(zhǎng)ED的電流驅(qū)動(dòng)被改變以改變系統(tǒng)負(fù)載。

測(cè)量輸入和輸出電流和電壓，以提供5V、4V和3V電源下系統(tǒng)性能的數(shù)據(jù)，模擬單個(gè)Li+電池的預(yù)期電壓范圍。測(cè)量輸入和輸出電流需要單獨(dú)的校準(zhǔn)數(shù)字電壓表（DVM），但還有另一種方法。輸入電流使用評(píng)估板測(cè)量，用于MAX9938電流檢測(cè)放大器，具有極低的歐姆值分流器，以最大限度地減小分流器的測(cè)量誤差。標(biāo)準(zhǔn)分流器是一個(gè) 50mΩ 的 4 端電阻，但通過 6 個(gè) 100mΩ 電阻旁路，得到一個(gè) 12.5mΩ 的分流電阻（圖 4）。

圖4.MAX9938EV標(biāo)準(zhǔn)分流器為50mΩ、4端電阻（R1）。R1由6個(gè)100mΩ電阻旁路，得到一個(gè)12.5mΩ分流器。

因此，評(píng)估板的傳輸比從2.5V/A降至625mV/A?，F(xiàn)在，可以使用用于整個(gè)分析過程中所有測(cè)量的相同DVM測(cè)量電壓輸出。

輸出電流通過使用相同的數(shù)字電壓表（DVM）測(cè)量評(píng)估板輸出端0.1Ω串聯(lián)電阻兩端的電壓來確定。這種方法確保所有電流和電壓讀數(shù)僅通過電壓測(cè)量進(jìn)行。在所有測(cè)量中使用相同的DVM基本上消除了測(cè)試齒輪中的任何校準(zhǔn)誤差。系統(tǒng)如圖5所示。

圖5.系統(tǒng)框圖。

將電壓測(cè)量結(jié)果輸入Excel電子表格，?以計(jì)算輸入/輸出電流和輸入/輸出電壓測(cè)量值。繪制了三種電源電壓的系統(tǒng)效率圖表（表1和圖6）。

圖6.MAX16834 HB LED驅(qū)動(dòng)器的性能數(shù)據(jù)，帶3個(gè)電壓電源。

測(cè)量結(jié)果顯示，評(píng)估板的負(fù)載從零（所有LED熄滅）增加到滿載能力（LED串上高達(dá)約1A）。數(shù)據(jù)顯示，在較低的電壓下，輸送到輸出的功率會(huì)降低。這是因?yàn)檩斎腚娫磳⑾到y(tǒng)的輸入電流限制在約4A。這種限制也可能是電池電源的典型限制。

結(jié)論

只需對(duì)電路稍作修改，MAX16834就可以應(yīng)對(duì)驅(qū)動(dòng)一串HB LED的挑戰(zhàn)。即使電池電源低至3V，整體電源轉(zhuǎn)換效率也能保持在90%左右或更高。工程師現(xiàn)在可以使用最新技術(shù)，即高容量Li+電池，為過去需要多級(jí)功率轉(zhuǎn)換的應(yīng)用提供照明，這些應(yīng)用本身會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下并縮短電池壽命。

審核編輯：郭婷