高亮度 （HB） LED 是電池備用照明應用的良好解決方案，尤其是應急照明。然而，將高效LED光源與高容量單節(jié)Li+電池相結合可能是一個挑戰(zhàn)。本應用筆記給出了一種實用方案，利用MAX16834 HB LED驅動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)。可靠性和本質安全工作電壓使HB LED成為電池備用照明系統(tǒng)（如應急照明）的良好解決方案。

隨著LED設備的進步，電池技術也隨之改進。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。（為了進行比較，請注意汽油約為44MJ / kg。單節(jié)Li+電池的端電壓約為3.7V。因此，除非將多個電池串聯(lián)放置，這會帶來功率共享等設計挑戰(zhàn)，否則用戶通常更喜歡使用單電池解決方案。

當今的挑戰(zhàn)是將高效LED光源與高容量單節(jié)Li+電池相結合，其中可用電源電壓僅為3V至4V。本應用筆記介紹了一種實用的解決方案，使用Maxim MAX16834 HB LED驅動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撲結構，例如標準MAX16834 HB LED驅動器評估（EV）評估（EV）板，MAX16834EVKIT（圖1）。

圖1.HB LED 驅動器的常見升壓配置。

為了給開關MOSFET提供足夠的柵極驅動電壓，MAX16834需要至少4.5V的工作電壓，以使FET良好導通。對于使用 n 溝道 FET 在升壓模式下工作的 HB LED 驅動器來說，這并不罕見。

由單個Li+電池供電的電源可能低至3V，因此電路中FET和其他電源的驅動力不足以正常工作。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LED串的正確電流控制，會對功耗產生嚴重的負面影響，從而影響電池壽命。這是因為整體效率是每個階段效率的乘積。或者更準確地說，70%的效率提升，然后70%的控制效率只會帶來~50%的整體效率。

本文所述的方案使用低成本、低功耗升壓轉換器為評估板中的HB LED驅動器提供恒定的5V電源。同時，電池原電源直接供應給FET升壓轉換器級。這樣，電池電量只需提升一次即可為 LED 燈串供電。

升壓轉換器同時為 LED 燈串和 FET 供電

MAX16834為高度通用的HB LED驅動器，通過模擬和脈寬調制（PWM）控制提供調光。它采用升壓、降壓-升壓、SEPIC 和高邊降壓拓撲結構。除了驅動由開關控制器控制的n溝道功率MOSFET開關外，它還驅動n溝道PWM調光開關，實現(xiàn)LED PWM調光。它集成了實現(xiàn)具有寬范圍調光控制的固定頻率HB LED驅動器所需的所有構建模塊。

需要對MAX16834評估板進行一些修改。本設計采用MAX8815A升壓轉換器。評估板默認設置為5V輸出，因此無需修改標準電路（圖2）。

圖2.MAX8815AEVKIT提供應用所需的5V輸出，因此無需修改電路。

解決方案設置

整個電路用于將高達 1A 的電流驅動到串聯(lián)的 6 個首爾半導體 P7 LED 串中。雖然LED的電流比本例中使用的LED高得多，但標準MAX16834評估板可驅動高達1A的電流，足以進行本分析。圖3顯示了HB LED驅動器和升壓轉換器的配置。

圖3.MAX16834 HB LED驅動器和MAX8815A升壓轉換器

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，因為LED的電流驅動被改變以改變系統(tǒng)負載。

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

圖4.MAX9938EV標準分流器為50mΩ、4端電阻（R1）。R1由6個100mΩ電阻旁路，得到一個12.5mΩ分流器。

因此，評估板的傳輸比從2.5V/A降至625mV/A。現(xiàn)在，可以使用用于整個分析過程中所有測量的相同DVM測量電壓輸出。

輸出電流通過使用相同的數字電壓表（DVM）測量評估板輸出端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僅通過電壓測量進行。在所有測量中使用相同的DVM基本上消除了測試齒輪中的任何校準誤差。系統(tǒng)如圖5所示。

圖5.系統(tǒng)框圖。

將電壓測量結果輸入Excel電子表格，?以計算輸入/輸出電流和輸入/輸出電壓測量值。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驅動器的性能數據，帶3個電壓電源。

測量結果顯示，評估板的負載從零（所有LED熄滅）增加到滿載能力（LED串上高達約1A）。數據顯示，在較低的電壓下，輸送到輸出的功率會降低。這是因為輸入電源將系統(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。

結論

只需對電路稍作修改，MAX16834就可以應對驅動一串HB LED的挑戰(zhàn)。即使電池電源低至3V，整體電源轉換效率也能保持在90%左右或更高。工程師現(xiàn)在可以使用最新技術，即高容量Li+電池，為過去需要多級功率轉換的應用提供照明，這些應用本身會導致系統(tǒng)效率低下并縮短電池壽命。

審核編輯：郭婷