在比如轿车LED照明等运用中，由于驾驶员一般远离LED，因而需求添加短路维护功用，JOHN RICE在本文中介绍了怎么防止LED驱动器输出对地短路。
非同步、升压、电源转化拓扑常常用于LED驱动器等运用中。在这些运用中，输入电压 (VIN) 不足以正向偏置一组串联/并联LED灯串。这个电感开关拓扑生成了完成LED电流调理所必要的依从电压，而且一般用于LCD背光运用中。例如在远离驾驶员的轿车内部和外部照明等LED矩阵运用中，一旦发生输出对地短路的风险，就会发生灾难性的成果。约束电流并运转维护电路作为电子断路器可以防止这些灾难性的毛病。
如图1所示，升压转化器的输入通过升压电感器 (L1) 和升压二极管 (D1) 物理衔接至其输出端。因而，输出上的短路状况会使升压电感器饱满，其形成的电流尖峰足以损坏升压二极管。而更糟糕的是，此短路状况也会搅扰到一切衔接到输入端的器材，其间包含脉宽调制 (PWM) 操控器。很明显，在运用中这种拓扑时，需求某种类型的电路维护，来为长途LED供电。接下来将考虑规划一个多用途、低成本电路，此电路可被优化为维护升压转化器，并防止输入端呈现短路负载状况。此外，咱们将通过一个仿照电路来验证所需的呼应。
图1. 依据非阻隔式升压拓扑的LED驱动器电路
电流约束器和电子断路器
分流监督器 (CSM) 是一种高精度、高增益差分电流感测放大器，常常被用来监督输入和输出电流。图2显现的是其典型装备。这个特定器材集成了一个开漏比较器;此比较器可被设定为在预先设置的线路电流上跳变、锁存和复位。
图. 2. 一个分流监督器组件添加了维护功用
此比较器的输出可被用来操控一个可以在几毫秒内中止负载短路的外部MOSFET开关。除了在输出上呈现毛病状况时中止输入电流外，仿照输出还可以处理开关稳压器的所谓的“负输入阻抗”问题，阻挠输入电流随输入电压的削减而添加。
通过将输入电流与输出电流以逻辑“或”的装备办法相衔接，可完成对输入的胁迫。如图3中所示，其意图是为了生成一个驱动PWM操控器的复合反应信号。然后，CSM使输出电流反应无效，而且强制LED电流在输入电压下降到一个预设电平以下时削减，然后约束输入电流。
图 3. 输入限流器依靠感测输入和输出电流
电路操作
图4显现了一个具有输出短路维护功用的升压转化器LED驱动器的电路完成办法。电路中显现的Osram Opto Semiconductors Ostar公司出产的LED是一款针对轿车前灯运用的器材，实际上是坐落一块绝缘金属基板上的单片、LED。此器材具有额定值为2A的浪涌电流(少于10 μs)，以及电流为1A时18V的典型正向电压。DC/DC升压转化器感测反应引脚上的正向LED电流，而且充沛调整输出电压，以调理LED电流。LED电流由感测电阻器 (RSNS) 设定，它的值与PWM转化器的内部带隙基准成份额 (RSNS = VREF/ILED)。运用一个具有低基准电压的升压转化器可以更轻松地完成较高的转化器功率，并削减组件热应力。
图4. 具有短接负载毛病维护功用的LED升压驱动器电路
尽管运用寿命可以长达50000小时以上，但LED关于温度和电过应力非常灵敏，而且它们的动态阻抗特性常常会给开关稳压器组件的挑选和操控环路的规划提出难题。这份操作阐明书中对这些挑选和规划难题进行了阐明。依照这种办法开发出了图4中显现的电路仿真来剖析LED驱动器/维护电路的杂乱程度，并在各种不同的作业条件下猜测电路运转办法。
为这项剖析所挑选的PWM操控器具有一个0.26V的反应基准电压。所以，LED电流为1A时，LED感测电阻器的功率耗散只要0.26W。由于CSM具有值为50的增益，就需求一个小许多的感测电阻器来感测输出电流。当流经CSM分流电阻器的电流超越CSM感测电阻器设定的限值时，CSM增益和比较器阀值 (R, R)，PMOS导通晶体管中止负载电流—然后发挥电子断路器的效果。
可通过将RESET引脚切换为低电平来复位锁存输出。可是，考虑到这篇文章的意图，RESET现已被禁用，以查验呼应速度。呼应速度和峰值电流取决于许多变量。这些变量包含组件挑选、CSM带宽、噪声滤波器、输出电容、FET挑选、和输出升压电感器。这些要素和在一起会影响转化器的输出阻抗。为了精确评价运转办法，咱们曾以50ns的最大时刻步进和设定为0.001%的直流相对容限运转仿真。此剖析在TINA-TI，一款免费的Berkeley SPICE 3f5兼容仿真器中运转。作业频率300kHz的升压转化器的5ms仿真在只是30秒以内即可发动至安稳状况。
将CSM放置在何处
CSM可被放置在升压转化器的输入或输出上。在这个仿照中，CSM被放置在输出上，它通过与输出PMOS导通元件 (T5) 相并联的10 mΩ分流电阻器来感测电流。依据CSM的放置方位，此电路可以防止内部和/或外部短路状况。可是，CSM有必要被规划成在一切作业条件下均具有满意共模规模 (CMR)。
假如放置在升压转化器的输入上，可挑选具有较低CMR的CSM。可是，将CSM放置在输出上可以避开升压电感器，而且有助于加速对短路状况的反应时刻。不管将CSM放置在何处，都应该运用一个RC滤波器来衰减那些会由于分流电阻器的忽然di/dt事情而呈现的噪声调和振振铃。一个小型100电阻器和差分%&&&&&%器可被置入比估量的分流器Lp/R时刻常量大3倍的时刻常量，其间Lp是寄生并联电感。由于CSM的增益差错和带宽遭到噪声滤波器的负面影响，坚持滤波器的低值很重要。
仿照成果
图5展现了仿照成果。Vg是到PMOS FET的操控电压，并在正常状况下被设定为-6V。需求依据FET的阀值电压、栅极电荷、和饱满特性进行优化。最大极限地减小栅极上的电压可以改善反应时刻，而且应该挑选上拉电阻器来尽可能地缩短中止周期。需求留意的是，输入电流和栅极电压用高栅极电荷(紫色)，和低栅极电荷(蓝色)MOSFET显现。
图5. 规范有线和无线网络将在物理楼宇体系和楼宇办理设备之间承载传递相对简略的指令和数据
很明显，较低栅极电荷器材最大极限地削减了输入上的可见电流。挑选MOSFET和栅极驱动电路来完成最优呼应是非常重要的规划考虑，这是由于这种规划约束了di/dt，而且满意了MOSFET安全运转要求。这些杂乱的规划考虑在剖析起来可不那么简单;因而，最好在在作业台上对它们进行仿照和承认。
在某些比如Tektronix产品的某些示波器上供给专门的测验软件来核算相关于MOSFET安全运转曲线的开关功率损耗。本次仿照主张呼应持续时刻少于2μs，这在电流被中止前可获得少于6A的输入电流。中止FET的挑选将影响峰值输入和输出电流。驱动高端NMOS器材的高功能、可热插拔操控器是别的一个挑选，而且可以完成少于250ns的中止时刻。这些器材针对背板热插拔卡刺进进行了优化，可是可以供给一个功能比这儿展现的处理方案更高的处理方案。
防止的毛病
此电路展现并仿照了中止情形，也在多变的负载条件下约束升压转化器LED驱动器的输入/输出电流。该电路通过优化可以适合于轿车LED前灯驱动器运用。咱们证明了完成最优电路呼应时刻需求细心的剖析和组件挑选。将这些灵敏性集成到一个综合性时域电路仿照中有助于了解不同作业条件和组件挑选状况下的电路运转状况。
供给的专业化可热插拔操控器具有专门的特性和优化的功能，在规划时应该将它们考虑在内。在任何一种状况下，当履行一个电路来中止或约束电源时有必要进行细心剖析。为LED驱动器规划一个稳健经用的维护电路是一项杂乱的作业，而比如TINA-TI，SP%&&&&&%E和WEBENCH等软件东西可以在加速剖析和规划方面供给协助。
