基于MAX16834的buck-boost LED驱动器设计

斜率补偿电容(C13)

众所周知，在峰值电流模式控制中，CCM boost转换器的占空比超过50%时环路将出现不稳定，需要引入适当的斜率补偿，以消除由谐波分量引起的不稳定性。MAX16834具有内部斜坡发生器，用于斜率补偿。在每个开关周期开始时，斜坡电压复位，然后按外部电容C13设定的速率上升，C13由内部的100µA电流源进行充电，斜坡电压与R9两端的电压内部叠加。C13的计算如式7所示：



其中，V_SLOPE为：



从式7和式8可以得到：C13 = 1.57nF，实际选取1.5nF电容。

LED检流电阻(R5)

利用式9计算R5：



在此应用中，取V_REFI = 1.94V，得到：R5 = 0.56Ω。

滤波电容

输出电容C_OUT (C7与C8的并联电容)按式10计算：



其中，ΔV_LED为输出电压纹波的最大峰峰值，它取决于最大电流纹波和此电流下LED的动态阻抗。为延长LED使用寿命并保证其色度，LED上的纹波电流应小于其平均电流的5%。本应用中，计算得到C_OUT为3µF，故电容C7、C8均选用2.2µF/50V。

由式11计算输入电容(C1、C2的并联电容)：


其中，ΔV_IN为输入电压纹波的峰峰值。

对于100mV的ΔV_IN，C_IN为1.9µF，所以选择C1为2.2µF/25V，C2为1.1µF/25V。

反馈补偿

Buck-boost转换器的传递函数在右半平面存在一个零点，可用式12计算：



本应用中，f_RHPZ在37.8kHz处，为了提供充分的相位裕量，保持环路稳定，在-20dB/十倍频程时，整个环路增益应在RHP零点频率的1/5之前达到0dB，由此可得截止频率f_C为7.56kHz。输出电容和负载等效输出阻抗会产生一个极点：



其中，R_O为负载等效阻抗，由下式确定：



从式14可得f_P1 = 4.7kHz。

接下来选择补偿元件R10和C12，它们需要在极点频率f_P1处产生一个零点，并调整f_P1处的环路增益，使之在f_C达到0dB。

利用式15计算R10：



从式15可得R10 = 341Ω，此处R10选择301Ω电阻；GM是内部跨导放大器的增益。

相应地，C12可以计算如下：



从式16可得C12 = 0.11µF，此处选用0.1µF电容。

数字PWM调光

MAX16834内部有一个用于PWM调光的MOSFET驱动器，它可以接受1.5V至5V的逻辑高电平PWM信号，信号频率从直流到20kHz，通过改变PWM信号的占空比调节LED亮度。

NDRV驱动器和跨导放大器输出由PWM信号控制，PWM信号为高时，NDRV使能，跨导放大器的输出端连接到COMP引脚；信号为低时，NDRV被禁止，跨导放大器的输出端断开，COMP端连接到PWM比较器反相输入端，该端为CMOS输入，可忽略其从补偿电容C12吸收的漏电流，故C12上电荷将保持，直到PWM变高。一旦信号变为高电平，NDRV将使能，放大器输出又连接到COMP端，从而快速建立稳定的工作状态。

LED开路保护

如果空载或发生LED开路故障，boost转换器将会产生很高的输出电压，该转换器可在发生这种高电压时关闭，电压门限通过R11和R12设定。R11和R12的分压点接到IC的OVP引脚，当该引脚电压达到1.435V (典型值)时，转换器将关闭。本设计中，R11和R12设定的LED开路保护点为输出电压达到17.2V。

用MAX16834评估板实现buck-boost转换器

MAX16834评估板上装配了boost转换器，可以通过增减下列元件，将其配置为buck-boost转换器：

• 移除电阻R4、R8。
• 把电阻R3换成0Ω。
• 按照BOM说明安装元件。

电路波形和性能数据

图3. N2栅极驱动电压


图4. N2漏极电压


图5. N2开关电流波形


图6. LED电压


图7. PWM调光占空比为50%时的LED电流波形


图8. PWM调光占空比为90%时的LED电流波形


图9. PWM调光占空比为10%时的LED电流波形

上电顺序

• 将4只串联的WLED的阳极连接到LED+焊盘，阴极连接到LED-焊盘。
• 输入电源连接到V_IN和PGND焊盘之间。
• 将逻辑高电平为1.5V至5V的PWM信号(频率范围为100Hz至200kHz)连接到PWMDIM和SGND焊盘之间。
• 改变PWM信号占空比检验LED的亮度变化。