LED 驱动器应用中升压转换器的简单开路保护

我们为齐纳二极管选择一个电压，以使正常电路工作期间没有电流流经它。为了确保该二极管在正常运行期间完全关闭，所选电压应至少高于最大负载电压 2V，但小于升压转换器的规定最大输出电压。这样，电路设计人员便不会经常被迫增加输出电容器 C2 和 C3 以及箝位二极管 SD1 的额定电压。输出电压被控制为齐纳二极管电压与参考电压的和：

通过平衡电路保护期间的 LED 电流感应误差和功耗来选择 RPRO 值。实际上，RPRO 的值应尽可能地大，以最小化齐纳二极管的功耗：

进入电路的误差，由齐纳二极管的漏电流IZL以及升压转换器内部误差放大器的偏置电流 IFB 所引起。方程式 6 是一个经过修改的传输函数，其包括了这些误差：

由于这两种电流一般都小于 1 µA，因此引起的误差非常小，在大多数实现中均可以忽略不计。

演示论证

作为一个应用举例，TI TPS61170 升压转换器 IC 被配置为一个恒定电流 LED驱动器。在诸如背光照明或者手电筒等应用中，它是驱动高亮度LED串的理想升压转换器。3V-18V 输入范围允许使用较宽的电源范围，例如：2S 到 4S 锂离子或者 3S 到 12S 碱性电池组、USB 或者 12V 电源轨。

图 3 保护电路激活示波器截屏

升压转换器经过配置，用于驱动 3 支高亮度白光 LED(260 mA)。典型参考电压为 1.229 V 时，将简化的负载电流用于方程式7中，计算得到RSET：

我们选用1mA值作为保护电流(IPRO)，以计算RPRO值：

我们为 ZD1 选择一个 15V 齐纳二极管，以表现约 10V 预计负载电压时的最小漏电流，同时还将输出控制在远低于升压转换器最大允许输出电压 (40V) 的某个值。输出电压被控制在齐纳二极管电压 (VZD1)，其与转换器参考电压的和为：

利用选择的负载电流和保护电阻器，计算与预期负载电流的偏差(参见下列方程式 10)。数据表值200 nA用于反馈偏置电流 (IFB)，1 µA 值则用于预计的齐纳二极管漏电流，VOUT 约为 10V。

电路的目标负载电流为 260 mA。正如我们所看到的那样，一旦组件理论值被方程式 10中的有效值代替，它们引起的误差将远多于保护电路本身带来的误差。

为了测试保护电路的运行情况，我们使用一个 38 的电阻器十进位箱代替 LED 串，目的是模拟设计负载电流下 LED 串的电压。通过快速地将负载电阻从 38 改变为 1038，可以模拟一次开路故障。如图3所示，这种输出电流变化(绿色线条)表明了负载阻抗的突然变化。为了进行补偿，TPS61170 输出电压(黄色线条)上升，以重新达到设计负载电流。但是，这种变化不会始终如此，直到达到其最大占空比，输出电压稳定在了约 16V 的箝位电压。

结论

我们为您介绍了一种给配置为恒定电流 LED 驱动器的升压转换器提供开路保护的简单方法。这种电路由一个齐纳二极管和一个附加电阻器组成，其将输出电压限制在一个安全水平，同时在负载出现开路故障时降低输出电流。另外，这种方法给负载电流计算过程带来了一些误差，并使正常电路运行期间的效率稍有降低，但这些影响都可以忽略不计。将一个升压转换器配置为一个 LED 驱动器，并添加一个 15V 齐纳二极管和一个 1.2k 电阻器，用于输出保护。这样便演示论证了这种保护电路的功能性。该演示论证电路在模拟负载故障状态下的输出表现符合我们的预期。