关于Buck架构LED驱动器的OVP原理的分析和介绍

在直流输入的电源转换器中有很多设计严谨的Buck转换器会具有输出过压保护，但这种做法在LED驱动器中就很少见，RT8474A是这方面的特例。下图是RT8474A在Buck组态下的应用电路图：

其中的R3和R4是用于电压取样以实现过压保护（Over Voltage Protection, OVP）的电阻。

对于LED驱动器来说，输出控制的对象是流过LED的电流，电压通常不再是人们关注的对象，所以有些由电压带来的影响可能会被忽略掉。

大多数Buck架构的LED驱动器都采用了类似这样的电路拓扑：

在这个电路中，VIN为输入；负载为LED1~LEDn构成的LED串，其中流过的电流在LED串两端形成输出电压VOUT；电阻RS用于输出电流的检测，控制器通过检测RS两端的压差对PWM信号的占空比进行控制；电容COUT对输出电流进行滤波，使得最终流过LED串的电流成为稳定的直流。为了降低不必要的损耗，RS上的压差很小，VOUT和COUT上的电压非常接近。

这个电路在正常情况下什么问题都不会有，但是如果LED串出现了开路的状况，问题就可能出现了。

当LED开路时，流过LED的电流通道已经不存在，所以RS上的电压差为0，控制系统将自动使PWM信号的占空比升到最大值并持续处于这一状态。在此过程中，由于MOSFET开关SW导通而形成的电流只能流过输出电容COUT，所以COUT上的最终电压将等于输入电压VIN。

在Buck应用中，输入电压VIN总是大于输出电压VOUT，也就是说VIN总是高于LED串的正向导通电压，而现在电容COUT上的电压已经高于正常的LED串导通电压了，如果我们在此时将LED串接入电路，留存在COUT中的电能就将没有什么限制地流过LED，可怜的LED通常很难承受此电流的冲击，它们将因过热而被烧毁。在Buck架构中加入过压保护的目的就是为了避免这一问题的发生。

我们假设电阻RS上的电压差为0（通常都很小，设为0不影响做分析），在稳定情况下，电容电压不会突变，LED串两端电压与电容电压总是相等的，所以LED电流能够很稳定。随意找一款LED的规格书来看看，我们就可以看到LED的I/V特性是很陡峭的，电压的很小变化可以导致电流的很大变化，而且电压越高，这一效应也越明显，这也正是对LED的驱动要以电流为控制目标而不能用电压对它进行驱动的原因。现在由于开路而使电容COUT上的电压升高了许多，再用这个电压加载LED就非常危险。这种状况和我们此前谈过的EOS问题是如出一辙，只是对像变了而已，本质却是相同的。

再回到RT8474A的原理图中，我们看到R4和R3与输出电容是并联的关系：

假如COUT上的电压升高了，R4上的分压将加大，即VISP – VOVP增大，当其高过某个阈值，我们就可以认为过压了，这将触发RT8474A的过压保护功能，此后就将VISP – VOVP稳定在一个新的值上，这个值所对应的输出电压最好是低于LED串正常工作时的导通电压，因而再接入LED的时候就是安全的，不会有太大的电流流过它。

在RT8474A的规格书中，上面提到的这个过压保护触发阈值是1.2V，过压保护发生以后要实现的VISP – VOVP稳定值是1V。这些参数在规格书中如下图所示列出：

在实际的应用中，我们只要知道可能的LED串的最高正向电压，假设为38V，在此基础上再加上RS上的额定电压（100mV，见RT8474A规格书），我们就知道COUT上的最高电压为38.1V，根据LED串的特性再增加一点裕量如0.5V，OVP的电压值就被设定成了38.6V。设R4=10k，则R3=10k * (38.6 – 1.2)/1.2 = 311.7k，这样就确定了两个电阻的值，由此导致的OVP触发电压是38.6V，OVP被触发以后的稳定输出电压值是1V * (311.7+10)/10=32.17V。

RT8474A的规格书中提供了一幅图，它显示了LED从正常工作的电路中被移走、再接入整个过程中的输出电压、负载电流变化过程，这里可以参考一下。

图中最下面一条曲线是流过LED的电流波形，再往上是输出电压的波形。我们可以从中看到，当LED电流发生下跳之后，输出电压很快就上升到了最大值，然后就逐渐下降，最后稳定在一个确定的位置上。当电流因再次接入负载而发生上跳变的时候，输出电压出现了短暂的下降，这是由于LED的接入消耗了输出电容中的电能，而转换部分的动作还没有开始，输出电容上的能量得不到补充，所以会有这一现象。而这一现象的出现也消除了OVP状态，使转换系统进入正常的工作状态，LED的供电进入正常化。

如果我们很细致的看上述的输出电压波形，我们可以看到触发OVP时的输出电压和OVP生效以后的输出电压都是高于工作正常时的输出电压的，但由于过压保护时的输出电压与LED接入时的输出电压非常接近，刚接入的LED上没有出现大电流，这种状况和两者压差的大小及输出电容的容量大小都有一定关系。如果LED再次接入时电容上的电压比LED导通电压高很多，出现超过其正常工作电流的可能性就非常大，LED就很危险了。由此可见，RT8474A采用这样的过压保护方法是很合理的。

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