利用高调光比LED驱动器设计大功率照明方案,led driver design

关键字：利用高调光比LED驱动器设计大功率照明方案

许多LED应用都需要进行准确的亮度控制。可以简单地通过减小LED电流来降低LED亮度，这种方法被称为"模拟调光"，但减小LED的工作电流会改变LED的色彩。LT3478和LT3478-1可以通过把CTRL1引脚电压从1V降至0.1V来实现10:1调光。如果色彩保持特性很重要，PWM调光是一种更好的可选方案。

图8：PWM调光通过PWM引脚来实现。

图9：PWM调光波形，当PWM引脚为有效高电平或低电平时，LED电流分别为最大值或0。

PWM调光

PWM调光(图8和图9)可产生很高的调光比，且不会导致与电流有关的LED色彩变化。LT3478和LT3478-1的PWM调光是通过PWM引脚来实现的。当PWM引脚为有效高电平(T_PWM(ON))或低电平时，LED电流分别为最大值或0。LED的导通时间(或者平均电流)受控于PWM引脚的占空比。由于LED始终工作于相同的电流条件下(最大电流由CTRL1引脚设置)，而只有平均电流发生变化，所以调光不会导致LED的色彩改变。

PWM调光并不是一个新技术，但要实现高PWM调光比(需要极低的PWM占空比)却颇具挑战性。LT3478和LT3478-1采用一种专利架构来实现超过3000:1的PWM调光比(100Hz)。图10的应用电路可以实现超过3,000:1的PWM调光比，前提是PWM导通时间被缩减至3个开关周期(当f_PWM=100Hz时，T_PWM(ON)<3.3μs)。图11和12是图10的相应关系曲线和波形。

图10：专为高PWM调光比而优化的升压型LED驱动器电路。

利用PWM引脚来实现最大PWM调光比(PDR)满足以下关系式：

PWM调光比=1/最小PWM占空比=1/(T_PWM(ON)MIN·f_PWM)

图10中的简化波形和下面给出的准则说明了PWM占空比、PWM频率、PWM调光比和LED电流之间的关系：

1. 对于100Hz的PWM频率(f_PWM)，一个数值为3,000的PDR意味着3.3μs的PWM导通时间。

2. 对于固定的PWM导通时间，PWM频率越低，PWM调光比就越高。但对最低可以把PWM频率控制到什么水平是有限制的，因为人眼会感觉到频率低于80Hz的闪烁。

3. 提高编程开关频率(f_OSC)可以提高PDR，但会导致效率下降和内部发热量的增加。一般来说，T_PWM(ON)MIN=3×1/f_OSC(约为3个开关周期)。

4. 应最大限度地减小输出电容器的漏电流。当PWM引脚为低电平时，LT3478和LT3478-1将关断所有从V_OUT获得工作电流的电路。

5. 如欲获得更宽的调光范围，可以组合应用PWM调光和模拟调光功能，此时TDR=PDR·ADR，其中TDR=总调光比，PDR=PWM调光比，ADR=模拟调光比。3000:1的PDR和10:1(CTRL引脚电压为0.1V)的ADR将产生30,000:1的TDR。

图11：图10电路中的LED电流与PWM调光比的关系曲线。

开路LED保护

输出电压具有一个可设置的最大值，以避免LED因断接(开路LED)而后重接导致受损。在LED断接期间，转换器可变至开口回路，并把输出电压驱动至极高，从而致使内部电源开关遭到损坏。大多数LED驱动器都具有一个用于保护开关的固定最大输出电压，但对于重新连接的LED串来说，该电压可能过高。LT3478和LT3478-1提供了一个可编程过压保护(OVP)电平，以根据串联的LED的数目来限制输出电压。OVPSET电压负责限制最大输出电压，最大输出电压=OVPSET电压x41。

图12：图10电路的PWM调光波形。

OVPSET电压利用其自身的电阻分压器，或通过给用于确定CTRL1电压的分压器增添一个电阻器，从V_REF获得。OVPSET编程电平不应超过1V，以确保开关电压不超过42V。

高可靠性：故障检测和软启动

为在热插拔、启动或正常操作期间实现可靠的性能，LT3478和LT3478-1可监视以下任何故障的系统参数：V_IN<2.8V，SHDN<1.4V，电感器涌入电流大于6A和/或输出电压高于编程OVP电压。一旦检测到任何上述故障，LT3478和LT3478-1立即停止开关操作，并对软启动引脚进行放电(图13)。当所有故障都被消除且SS电压被放电到低于0.25V时，内部12μA电源将以外部电容器C_SS所设置的速率对SS引脚进行充电。SS电压的平缓上升等效于开关电流限值的斜坡上升，直到SS电压超过V_C电压。

高效率：独立的电感器和IC电源，可设置f_OSC，60mΩ开关

LT3478和LT3478-1能采用独立的IC和电感器电源，以优化效率和开关占空比范围。电感器涌入电流的检测采用V_S和L引脚，而与V_IN电源无关(图2)，这使得能利用系统的最低可用电源(至少2.8V)为V_IN供电，以尽量减少电源开关驱动器中的效率损失。这样，电感器能通过一个更加适合LED负载的占空比和功率要求的电源(2.8V至36V)来供电。可对电源开关的开关频率进行调节，以实现系统所需的最佳电感器尺寸和效率性能。通过尽可能地降低开关损耗(对于高占空比操作)，60mΩ导通电阻进一步地提高了效率。

图13：LT3478/LT3478-1故障检测和SS引脚电压时序图。

本文小结

LT3478和LT3478-1非常适合于要求高LED电流和高PWM调光比的升压、降压或降升压型LED驱动应用。4.5A的高峰值开关电流限值和新型的PWM调光架构，使LT3478和LT3478-1能在高达4A的LED电流条件下提供高PWM调光比。

图14：针对便携式照相闪光灯应用的降升压型LED驱动器电路。

作者：Mark W. Marosek

凌力尔特公司