引言

　　驅(qū)動(dòng)高亮度 LED 的一種方法是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)溥M(jìn)行修改，以驅(qū)動(dòng)恒定電流通過負(fù)載。但是，這種實(shí)施方法存在一個(gè)嚴(yán)重問題，因?yàn)?LED 串中出現(xiàn)的開路故障會(huì)移除負(fù)載電流的通路。由于來(lái)自轉(zhuǎn)換器（此時(shí)在無(wú)反饋情況下工作）的高輸出電壓，這樣可能會(huì)對(duì)電路造成潛在損壞。本文為您介紹一種簡(jiǎn)單的健壯開路故障保護(hù)方法，其使用一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻器，并且對(duì)總效率的影響可以忽略不計(jì)。通過將一個(gè)高壓升壓轉(zhuǎn)換器配置為一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng) 3 支高亮度白光 LED，并在輸出端產(chǎn)生一個(gè)模擬故障狀態(tài)，我們可以驗(yàn)證這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能性。該電路將輸出電壓控制在某個(gè)安全水平，并在受保護(hù)狀態(tài)下減少輸出電流。

　　典型高亮度 LED 升壓轉(zhuǎn)換器

　　我們常常對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行修改，以在單節(jié)鋰離子（Li-Ion）、堿性及其它應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)高亮度 LED.在這些應(yīng)用中，LED 串的電壓超出了電池或者電源軌電壓。在標(biāo)準(zhǔn)升壓配置結(jié)構(gòu)中，利用一個(gè)分壓器產(chǎn)生電路的反饋電壓 VFB，從而對(duì)輸出電壓 VOUT 進(jìn)行監(jiān)控。轉(zhuǎn)換器對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，讓 VFB 始終都等于片上參考電壓 VREF.這種拓?fù)錇樽赃m應(yīng)型，可用負(fù)載代替反饋分壓器中的上層電阻器，從而保持恒定電流而非恒定電壓，如圖 1 中 LED 串所示。負(fù)載電流依賴于升壓轉(zhuǎn)換器的片上參考電壓，其計(jì)算方法如下：

　　這種簡(jiǎn)單實(shí)施方法存在的一個(gè)嚴(yán)重問題是，LED 串中出現(xiàn)的開路故障會(huì)移除負(fù)載電流的通路。當(dāng)沒有電流流過反饋電阻器 RSET 時(shí)，VFB 被下拉至接地。作為響應(yīng)，升壓轉(zhuǎn)換器會(huì)盡可能地增加其工作占空比至最大值，目的是在反饋 （FB）針腳上維持正確的電壓。利用理想化的升壓轉(zhuǎn)換器傳輸函數(shù)表明，當(dāng)轉(zhuǎn)換器接近其最大占空比時(shí)，可以產(chǎn)生高輸出電壓 （VOUT）。請(qǐng)思考一個(gè)90%（常用值）典型最大占空比且 5V 輸入的升壓轉(zhuǎn)換器：

　　轉(zhuǎn)換器輸出端高壓帶來(lái)發(fā)生多次故障的可能性。這種電壓可能會(huì)超出內(nèi)部或者外部開關(guān)式器件或者無(wú)源組件的額定值。另外，如果在沒有采取保護(hù)措施的情況下操作電路，它還會(huì)給用戶帶來(lái)潛在危險(xiǎn)，并可能會(huì)在連接時(shí)損壞負(fù)載。

　　圖 1 無(wú)開路保護(hù) LED 驅(qū)動(dòng)器高壓升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)

　　保護(hù)電路

　　在出現(xiàn)開路狀態(tài)時(shí)，負(fù)載電流必須有一條備用通路。盡管將一個(gè)電阻器與 LED 串并聯(lián)可以提供一條通路，但其并不理想，因?yàn)樗鼤?huì)引起巨大的效率損失。替代配置（圖 2）由一個(gè)齊納二極管和一個(gè)電阻器組成，可提供足夠的系統(tǒng)保護(hù)，并且效率損失微乎其微。

　　圖 2 有開路保護(hù) LED 驅(qū)動(dòng)器電路

　　當(dāng)負(fù)載電流通路被移除時(shí)，輸出電壓上升，直到齊納二極管 ZD1 開啟，同時(shí)電流流經(jīng) RPRO 和 RSET 接地。輸出電流由 RPRO 和 RSET 的串聯(lián)組合決定，因?yàn)?VFB 受到驅(qū)動(dòng)后等于內(nèi)部帶隙參考電壓 VREF.因此，輸出保護(hù)電流默認(rèn)為：

　　我們?yōu)辇R納二極管選擇一個(gè)電壓，以使正常電路工作期間沒有電流流經(jīng)它。為了確保該二極管在正常運(yùn)行期間完全關(guān)閉，所選電壓應(yīng)至少高于最大負(fù)載電壓 2V，但小于升壓轉(zhuǎn)換器的規(guī)定最大輸出電壓。這樣，電路設(shè)計(jì)人員便不會(huì)經(jīng)常被迫增加輸出電容器 C2 和 C3 以及箝位二極管 SD1 的額定電壓。輸出電壓被控制為齊納二極管電壓與參考電壓的和：

　　通過平衡電路保護(hù)期間的 LED 電流感應(yīng)誤差和功耗來(lái)選擇 RPRO 值。實(shí)際上，RPRO 的值應(yīng)盡可能地大，以最小化齊納二極管的功耗：

　　進(jìn)入電路的誤差，由齊納二極管的漏電流IZL以及升壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部誤差放大器的偏置電流 IFB 所引起。方程式 6 是一個(gè)經(jīng)過修改的傳輸函數(shù)，其包括了這些誤差：

　　由于這兩種電流一般都小于 1 ？A，因此引起的誤差非常小，在大多數(shù)實(shí)現(xiàn)中均可以忽略不計(jì)。