组合的电压和电流控制环路可简化 LED 驱动器、 高容量电池 / 超级电容器充电器和最大功率点跟踪太阳能应用

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Xin (Shin) Qi
凌力尔特公司


恒定电流 / 恒定电压 (CC-CV) 应用的迅速发展 (尤其是在 LED 照明以及高容量电池和超级电容器充电器领域之中) 给电源设计人员带来了挑战,他们必需及时适应电流和电压控制环路之间日益复杂的相互作用与影响。专为 CC-CV 而特别设计的开关模式转换器可提供一项明显的优势,尤其当电源的功率有限或者其功率在多个争用负载之间进行分配时更是如此。

例如,我们不妨考虑一下从功率受限电源以极短的时间完成一个超级电容器充电的难题。为了保持恒定的输入功率,受控的充电电流必须在输出 (超级电容器) 电压增加时减小。通过无缝地组合一个电流调节环路和两个电压调节环路以控制一个外部 N 沟道电源开关,LT®3796 解决了功率受限或恒定电流 / 恒定电压调节的问题。该器件三个跨导误差放大器 (它们汇总至补偿引脚 VC) 的固有线“或”工作特性可确保恰当的环路 (即:最接近稳定状态的那个环路) 居支配地位。

附加的独立型电流检测放大器可针对任意数目的功能进行配置,包括输入电流限制和输入电压调节。

LT3796 的宽 VIN 范围 (6V 至 100V) 及轨至轨 (0V 至 100V) 输出电流监视和调节使其适用于众多的应用,从太阳能电池充电器到高功率 LED 照明系统等均在其列。固定开关频率、电流模式架构在一个很宽的电源和输出电压范围内实现了稳定的操作。LT3796 采用高压侧电流检测,因而能用于升压型、降压型、降压-升压型或 SEPIC 和反激式拓扑。

 

具稳健输出短路保护功能的高功率 LED 驱动器

图 1 示出了被配置为一个升压型转换器的 LT3796,其采用宽输入范围驱动一个 34W LED 灯串。LED 电流在低输入电压条件下被降额,以避免外部功率组件出现过热。前端电流检测放大器利用下式将输入电流转换为 CSOUT 引脚上的一个电压信号,由此来监视输入电流:

VCSOUT = IIN • RSNS1 • R6 / R5

FB1 引脚上的电阻器网络负责提供 OPENLED 保护,该功能可限制输出电压并防止 ISP 引脚、ISN 引脚和若干外部组件超过其最大额定值。如果某个 LED 发生开路故障或 LED 灯串从高功率驱动器移除,则 FB 恒定电压环路将在接管以后起作用,并将输出调节至 92.5V。另外,/ VMODE标记也被置为有效,以指示发生了 OPENLED 事件。




图 1:一款具有稳健输出短路保护功能的 34W LED 驱动器


LT3796 包含了独立于 LED 电流检测的短路保护功能电路。该短路保护功能可避免产生过大的开关电流,并对功率组件实施保护。将保护门限 (典型值为 375mV) 设计为比默认的 LED 电流检测门限高 50%。

当检测到 LED 过流时,GATE 引脚驱动至 GND 以停止开关操作,TG 引脚被拉至高电平以使 LED 阵列与电源通路断接,而且 / FAULT 引脚被置为有效。增设了肖特基二极管 D2,以避免 PMOS M2 的漏极在通过一根长电缆短路至地时摆动至远低于地电位的电平。内置了辅助 PNP Q1,以进一步限制瞬态短路电流。

如果在 SS 引脚和 VREF 引脚之间没有电阻器,则转换器进入打嗝模式并周期性地进行重试,如图 2 所示。假如在 VREF 和 SS 引脚之间布设了一个电阻器 (用以在 LED 短路期间将 SS 引脚保持在高于 0.2V),则 LT3796 进入锁断模式 (此时 GATE 引脚为低电平,而 TG 引脚为高电平),如图 3 所示。如需退出锁断模式,则 EN/UVLO 引脚必须从低电平切换至高电平。

图 2:LED 短路保护:打嗝模式 (未采用图 1 中的 R11)