MAX16807/16808驱动

MAX16807/16808是集成的、高效白色或RGBLED驱动器。MAX16807/16808具有8～26.5V输入电压范围或采用外部偏置器件兼容更高的输入电压，低电流检测基准（300mV）实现高效率，较宽的频率调整范围（20kHz～1MHz）允许通过对效率和电路板空间进行折中优化设计。

MAX16807/16808LED驱动器包括8个漏极开路、恒定吸电流驱动LED的输出通道（每通道电流高达55mA），额定连续工作电压为36V。LED电流控制电路可使LED串之间的电流匹配度精度达到±3%，能使电流高于55mA的LED串并联工作。输出使能引脚可用于同时对所有输出通道进行PWM调光（高达30kHz），亮度比可达5000:1。由单个电阻设置所有通道的LED电流，8个恒定电流输出通道，每个输出通道的LED电流可调整至55mA，将通道并联应用可驱动具有更大电流的LED。

MAX16807/16808可运行于独立工作模式，也可以由微控制器（µC）通过工业标准的4线串行接口控制。MAX16808具有自动检测LED开路和过热保护功能，可工作于扩展的−40～+125℃温度范围，采用热增强型、带裸露焊盘的28引脚TSSOP封装。MAX16807/16808的引脚排列如图4-13所示。MAX16807/16808的引脚功能见表4-3。

图4-13 MAX16807/16808的引脚排列图

表4-3 MAX16807/16808的引脚功能

（续）

MAX16807/MAX16808可以工作在Buck、Boost或SEPIC模式，具体取决于输入电压范围以及每个输出通道的LED数量。增加一个外部电阻和一个齐纳二极管可以进行抛负载测试。虽然各个通道的电流都由一个电阻设置，但每串通道的电流可以独立调整。在不增加任何外围组件的情况下，该结构可以保证每通道之间的电流匹配度优于3%。对于不同批次的LED，每通道可以分别调节匹配度，也可以通过使能引脚统一调节各个通道。采用50Hz～30kHz的调节频率，可以实现5000:1的调光范围。为了在黑暗中以及阳光直射的情况下均可见显示器内容，汽车电子所要求的调光比较高。当亮度调节信号的开关频率范围为20kHz～1MHz时，可以避开干扰其他设备（如收音机）的频段。MAX16808集成了LED开路检测功能，这些控制器也可级联起来构成大型LED阵列驱动电路。采用MAX16807构成（SEPIC）的LED驱动电路如图4-14所示。

在图4-14所示电路中，MAX16807是SEPIC方案中的核心控制器，能够为两串HB-LED（每串5只LED）提供150mA的驱动电流。IC采用峰值电流控制模式，开关频率可变。另外，MAX16807具有8路可编程吸电流控制电路，每路可提供50mA电流，36V驱动器可精确建立每串LED所要求的驱动电流。为了获得更高的电流，还可以将输出连接在一起。通过OEB引脚能够以非常短暂的占空比控制HB-LED驱动器的通/断，提供较宽的调光范围。MAX16807控制器件组合了多项功能，电路首先建立公共电源电压，然后由线性驱动器调节每串LED的电流。

图4-14 采用MAX16807构成（SEPIC）的HB-LED驱动电路

SEPIC（单端初级电感转振器）设计中具有初级电感（L₁）、次级电感（L₂）和位于两个电感之间的串联电容（C₃），某种程度上，可以把SEPIC设计看作是具有隔直流电容（消除输入电压）的Boost调节器，允许输出电压高于或低于输入电压。然而，为了复位隔直流电容，允许能量传递到输出端，在次级放置了另一个电感L₂。

在对电路进行分析时，会发现C₃上的直流电压等于输入电压，当MOSFET（Q₁）导通时，V_in为L₁充电、C₃为L₂充电。由于C₃上的电压等于输入电压，导通期间每个电感将作用相同电压。关闭期间，每个电感的放电电压相同（输出电压加上VD₁的导通电压）。由于L₁和L₂具有相同的充、放电电压，它们可以具有相同的电感量和纹波电流，但两者的平均电流相差较大。

Q₁导通时，VD₁反偏，只有输出电容C₁₂支持输出电流（I_LED）。Q₁断开时，L₁的电感电流流过C₃，与L₂电流合并，为输出电容充电并支持I_LED。通过对电路进行分析，会发现电路中L₂的电流用于支持I_LED，L₁的电流重新为输出电容充电，补充能量。即L₂的平均电流等于I_LED，而L1的平均电流等于I_LEDV_out/V_in。

开关频率的选择需要权衡最小电感、电容尺寸，并在较高开关频率时不会对Q₁造成不合理的热应力要求。MAX16807数据手册给出了一个公式，利用定时电阻（R₆）和定时电容（C₇）确定开关频率。选择3kΩ电阻和1000pF电容，电源变换器将工作在500kHz标称频率，能够在尺寸和效率之间达到较好的均衡。

MAX16807采用峰值电流控制模式，该模式将开关电流的峰值与输出电压误差相比较，产生相应的脉冲占空比，控制输出电压。电流检测电路还提供过电流保护。为了防止毛刺注入电路，采用由R₇（1kΩ）和C₁₀（100pF）构成的100ns滤波器，该滤波器足以消除电压毛刺，而且不会对电流波形有太大影响。(https://www.daowen.com)

对于电流模式控制器，当占空比高于50%时，会造成谐波不稳定。这是由于电流的上升（通）斜率高于下降（断）斜率，不稳定性表现为调节器为了获得正确的占空比，会在大/小占空比之间交替变化。不稳定性会导致电流、电压纹波增大，为了避免这一问题的出现，可以人为增大电流监测信号的斜率。

晶体管VT₂的基极连接在RTCT引脚，该引脚的纹波电压通过驱动VT₂进入VD₂和R₈，在R₇产生一个小电流，为电流检测信号提供一个斜率补偿。

SEPIC设计中需要确定使用两个分离电感还是耦合线圈。通常，使用一个耦合线圈要比使用两个电感价格便宜。另外，使用耦合线圈可以减小电流（是电感L₁、L₂的主要决定因素），从而减小电感量。

当然，与分离电感相比，耦合线圈的选择范围较窄。如果在多种应用中采用同一设计，最好选择分离电感，因为L₁的平均电流在很大程度上取决于V_IN和V_LED。考虑到设计灵活性，可以选择分离电感。

MAX16807是具有8路线性HB-LED电流驱动器（OUT0～OUT7）。电阻R₅用于设置每个驱动器的电流，每路驱动器的最大电流可达50mA。并联驱动器输出可以获得更大的HB-LED驱动电流。该设计中将每路驱动器电流设置在37.5mA，4路驱动器并联后可以为每串HB-LED提供150mA的电流。可通过两种途径控制驱动器：一种是由OEB引脚控制驱动器的通、断，实现PWM亮度调节，这种方式为首选方案；另一种是通过SPI接口分别控制每路驱动器的通、断。还可以通过SPI接口获悉驱动器是否发生故障。在图4-14所示电路中，施密特触发反相器U₂，通过CLK引脚将一串连续的“1”送入IC，开启输出。必要时，也可以通过J₂连接SPI接口。

利用同一电源，通过独立的线性驱动器分别驱动多串HB-LED时，对于不同的SEPIC输出电压和不同的LED串联电压，OUTx引脚的电压不同。由于IC内部HB-LED驱动器的功耗是V_outx之和乘以HB-LED电流，由此可见，保持尽可能低的SEPIC电压（V_LED）非常重要。同时还要保证足够高的导通电压，使OUTx引脚的电压略高于饱和电压（大约为1V）。自适应反馈电压通过或逻辑二极管选择较低的OUT端电压作为稳压调节，电阻（R₂）的压降使OUTx的电压保持在至少1V，从而满足上述设计要求。

设计中，U₃的阳极电压等于两个OUT端电压（OUT0～3和OUT4～7）中较低的一个，电流从V_LED通过R₁、R₂、U₃进入较低电压的OUT端。由于R₁～R₂节点电压与反馈电压（2.5V）相等，HB-LED驱动器的电压V_out为

通过修正R₂的数值，可以将V_out电压稳定在最小值。另一串LED将具有较低的串联电压和较高的OUT端电压。线性驱动器吸收对应的压差和功耗，由于这个原因，最好选择具有一致的正向导通电压的HB-LED，正向导通电压的绝对值并不严格，但它们之间的差异应控制在200mV以内，具体取决于每串HB-LED的个数。

对于PWM亮度调节，MAX16807的OEB引脚输入为PWM反相信号，用于控制驱动器的通、断。通、断脉冲宽度即使低于1ms，也能保证正常工作。但是，当OUTx驱动器关闭时，自适应电压控制器检测的节点电压浮置在一个较高的电压，调节器在试图满足误差放大器输出要求的时候降低了V_LED。因此，当PWM输入返回到高电平时，V_LED可能不足以驱动HB-LED串，经过数十微秒后，SEPIC调节器补充所需电压，但对短脉冲（低占空比）应用意义不大。

该设计利用PWM信号，通过R₁₂和VD₃拉高节点电压，从而解决了上述问题。电源在电压高于任何预期的工作电压时进入“静止”模式。对于短脉冲，额外的电压增大了瞬时功率，但极低的占空比可以忽略这一损耗。占空比大于3%时，V_LED进入自适应电压控制。输出电压从大约21.1V的“静止”电压（PWM处于“关闭”状态）变化到大约15.8V的自适应电压（PWM处于“导通”状态）。占空比为3%时，V_LED在返回到静止电压之前刚好达到自适应电压。“导通”脉冲的宽度只有1ms，V_LED不会从静止电压发生变化。

SEPIC补偿非常简单，电流模式控制将功率环路简化到单极点，该极点由输出电容和负载电阻决定。系统稳定性要求使用“2型”补偿网路，因为负载基本保持不变，控制环路的响应速度可以很慢。需要注意的是双控制环路（自适应和静止）和较大的输入阻抗差异（R₁=210kΩ，R₂=10kΩ）。R₁₄相对于R₁和R₂的较大阻值减缓了阻抗变化的影响，R₁₄和C₅（0.1μF）组合在很低的频率处构成主极点。当负载电流从满负荷变化到零时，输出电压可能出现过冲。出现这一情况有两种原因：

1）电感储能释放到输出电容；

2）低速响应控制环路。

如果电感储能是造成过冲的主要原因，可以增大输出电容，以限制过冲。如果控制环路响应速度过慢是主要原因，可以使用钳位二极管限制过冲。

HB-LED阵列需要较宽的调光范围，将自适应开关调节器与线性驱动器相组合可以得到一个极具成效的方案，既可以满足瞬态响应特性，也可以满足较大占空比时对电源效率的要求。这种应用中通常选择SEPIC调节器，因为它允许输入电压高于或低于输出电压。利用MAX16807可以方便地构建SEPIC控制器和8路可并联的线性驱动器。