利用高亮度LED和SEPIC电源模块构建显示器背光方案

选择工作频率

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数据资料给出了一个公式，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，电源转换器将工作在500kHz标称频率，能够在尺寸和效率之间达到较好的均衡。

电流检测

MAX16807采用峰值电流控制模式，峰值电流模式中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。

斜率补偿

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(导通)斜率低于下降(关断)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Q2的基极连接在RTCT引脚，该引脚的纹波电压通过驱动Q2进入D2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。图3所示为斜率补偿信号、电流检测信号和二者求和的滤波信号。


图3. 斜率补偿、电流检测以及二者求和后的滤波波形

分离电感与耦合线圈

SEPIC设计中需要确定使用两个分离电感还是一个耦合线圈，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。

线性HB LED电流驱动器

MAX16807具有8路线性HB LED电流驱动器：OUT0至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，四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/OE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；另一种方式是通过SPI?接口分别控制每路驱动器的通、断。另一款类似IC (MAX16808)还可以通过SPI接口获悉驱动器是否发生故障。在图2所示结构中，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。

自适应反馈控制

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串导通电压，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电压(OUT0至OUT3和OUT4至OUT7)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。

另一个SEPIC设计电子表格有助于选择自适应控制元件。

PWM亮度调节

对于PWM亮度调节，MAX16807的/OE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1μs，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的电压可能不足以驱动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。

图2所示的设计利用PWM信号，通过R12和D3拉低节点电压，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。图4中，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)。从图5可以看出，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。图6中，“导通”脉冲的宽度只有1μs，V_LED不会从静止电压发生变化。


图4. 50% PWM信号下的V_LED响应


图5. 3% PWM信号下的V_LED响应


图6. 1μs PWM信号下的V_LED响应