实例16.基于MAX16834的LED驱动器
（全陶瓷电容）
MAX16834为电流模式、HB-LED驱动器，可用于升压、升/降压、SEPIC及高边降压结构。该器件可降低固态照明（SSL）设计的尺寸、复杂度和成本。MAX16834集成了高边电流检测放大器、PWM亮度控制MOSFET驱动器以及可靠的保护电路。MAX16834能够为LED系统设计提供至关重要的效率管理和热管理，是理想的汽车外部LED照明驱动器。
MAX16834的多种特性使其仅需很少的外部组件即可构建升压或升/降压DC/DC变换器。除采用开关控制器驱动N沟道功率MOSFET外，MAX16834还通过驱动N沟道PWM亮度调节开关，实现3000:1的宽范围PWM亮度控制。为进一步提高设计灵活性，器件还提供模拟亮度控制功能，允许通过外部直流电压控制LED电流。片内高压电流检测放大器和高达1MHz的开关频率允许设计中对效率和尺寸进行优化。
MAX16834内置保护电路，能在嘈杂的环境下保证可靠工作。驱动器提供的模拟折返式热保护功能，当LED串的温度超过设定温度时，允许采用外部负温度系数（NTC）热敏电阻降低LED电流。此外，器件还包括过电压、过电流及过热故障指示输出，可编程、真差分过电压保护功能可满足汽车系统中对LED照明和显示器背光的严格要求。MAX16834可工作在−40～+125℃汽车级温度范围，提供带裸焊盘的增强散热型4mm×4mm、20引脚TQFN封装。
MAX16834集成了高边检流放大器、PWM调光MOSFET驱动器和高度可靠的保护电路，大大简化了LCD背光电路的设计。该款HB-LED驱动器能够提供3000:1的PWM调光范围，输入电压范围为4.75～28V，在冷启动和抛负载状况下确保稳定工作。
基于MAX16834的LED驱动器（全陶瓷电容）如图4-28所示。本设计采用MAX16834构建112.5W的LED驱动器，输入电压为24VDC±5%（1.49A），LED配置为两串并联，每串由19只白光LED组成，5Ω电阻用于电流平衡。每串电流为750mA，在75V电压驱动下提供1.5A的电流。调光导通脉冲为50µs（最小值），200:1最高调光比，100Hz调光频率。
本设计可用于为长串LED提供高压电流源，长串LED允许采用高性价比的LED驱动方案。另外，由于各个LED具有相同的电流，可以很好地控制亮度变化。本设计采用24V输入，可提供高达75V输出电压，可驱动1.5A的LED串（或多串并联）。测量到的输入功率为115.49W，输出功率为111.6W，具有96.6%的效率。
基于MAX16834的Boost设计的印制电路板采用通用的两层板，电路板在IC下方布设接地岛，通过单点连接至功率地，以确保低噪声特性。
设计采用工作在200kHz连续模式的Boost调节器，连续模式设计能够保持较小的MOSFET电流和电感电流。然而，由于MOSFET（Q1）导通期间电流流过输出二极管，输出二极管的反向恢复损耗较大，并可能导致更大的关断噪声。占空比为69%时，MOSFET的导通时间大约为3.4µs，关断时间大约为1.5µs。一旦MOSFET关断，漏极电压将上升到输出电压与肖特基二极管压降之和。
由于采用连续模式设计，MOSFET和电感峰值电流低于工作在非连续模式下的数值。但是，由于在导通和关断期间都有电流流过MOSFET，MOSFET在两次转换期间存在较大的开关损耗。MAX16834以足够强的驱动能力使MOSFET在5ns内完全导通，在10ns内完全关断，从而保持较低的温升。如果设计中存在EMI问题，则改变MOSFET栅极的串联电阻R5以调整开关时间。如果这一变化引起功耗过大，可以增加另一个MOSFET（Q2），与Q1并联，以降低温升。(https://www.daowen.com)
图4-28 基于MAX16834的LEDBoost驱动器（全陶瓷电容）
驱动器的输入和输出电容可以采用陶瓷电容，陶瓷电容具有更小的尺寸，工作更可靠，但容值有限，尤其是在设计中要求200V的额定电压。驱动器需要一个5.4µF电容以满足输出纹波电压的要求。为降低成本和空间，本电路采用4个1.2µF电容（共4.8µF）。输出电压开关纹波为2.88V，纹波电流为182mA，是输出电流的12%，略大于10%目标参数，但仍然能够满足要求。
MAX16834提供很好的调光功能，当PWMDIM（第12引脚）为低电平时，将发生3个动作：第一，开关MOSFET（Q1）的栅极驱动（NDRV，第15引脚）变为低电平，避免额外的能量传送到LED串；第二，调光MOSFET（Q4）的栅极驱动（DIMOUT，第20引脚）变为低电平，降低LED串电流并保持输出电容电压固定；最后，为保持补偿电容处于稳态电压，COMP（第5引脚）变为高阻态，以确保IC在PWMDIM返回高电平时立即以正确的占空比启动。每个动作都允许极短的PWM导通时间，因此可提供较高的调光比。
缩短导通时间主要受限于电感的充电时间，可以看到电流能够很好地跟随DIM脉冲。在电流脉冲的起始位置有衰减，主要是由于电感电流的爬升（大约12µs或2～3个开关周期），可在大约40～50µs的时间电压才能完全恢复并建立。如果DIM导通脉冲小于50µs，输出电压将在下个关断脉冲的起始处没有足够的时间。在提高DIM占空比之前，将一直持续这种现象。因此，满载（1.5A）时，DIM导通脉冲不应低于50µs。这意味着在100HzDIM频率下，调光比为200:1。降低最小导通脉冲的唯一途径是提高输出电容，这将提高系统的成本。如果降低LED电流，最小导通时间可随之降低，调光比增大。陶瓷电容表现为压电效应，调光期间会出现一定的音频噪声。不过，通过适当的电路板布局，可以最大程度地降低噪声。
MAX16834的过电压保护（OVP）电路在重新启动之前将首先关断驱动器400ms，因为输出电容较小，电感储能可能产生过冲，因此采用了107V峰值电压设置（高于83V设计值）。
R15是线性数字电位器，可以在0～1.7A之间任意调节LED电流。MAX16834的SYNC输入端用于同步控制器的开关频率。UVEN输入允许外部控制驱动器（通/断）。REFIN输入端的低阻信号源可以优先于电位器设置，控制驱动器电流。例如，微控制器经过缓冲的DAC可以通过REFIN直接控制LED电流。出现故障（例如OVP）时，FLT#输出低电平。一旦解除故障，信号变为高电平，该信号并不闭锁。
图4-28所示电路的测量效率为96.63%（Vin=24.01V、Iin=1.49A、Pin=115.49W、VLED=74.9V、ILED=1.49A、Pout=111.60W）。由于电路的频率较高，驱动器元件并不发热。温度最高的元件为调光MOSFET（Q4），温升大约为41℃。这一温升是由于小尺寸PCB布局造成的，可以通过增大漏极附近的覆铜面积改善。电感尺寸较大，具有23℃的温升，高于预期的7℃。电感似乎吸收了部分MOSFET热量，因为它们共用大面积覆铜焊盘。