汽車 LED 驅(qū)動器應(yīng)該緊湊、高效率且支持無閃爍 PWM 調(diào)光。這類驅(qū)動器不應(yīng)該在 AM 收音機頻帶及其附近產(chǎn)生很大的傳導(dǎo) EMI。不幸的是，高功率開關(guān)模式電源本質(zhì)上不具備低 EMI 特性。恒定開關(guān)頻率會在不少頻率上產(chǎn)生顯著的 EMI 特征，其中包括電源的基本工作頻率及其諧波頻率。一些 EMI 落入 AM 頻帶的可能性很大。

最大限度地減小 EMI 峰值的方法之一是，允許開關(guān)模式電源 (SMPS) 的工作頻率覆蓋一個范圍，也就是擴展頻譜開關(guān)。擴展頻譜開關(guān)的預(yù)期效果是，降低會在 SMPS 基本工作頻率及其諧波頻率上出現(xiàn)的 EMI 峰值，而將 EMI 能量擴展到一個范圍的頻率上。

LED 驅(qū)動器 SMPS 還有一項附加要求：頻率擴展還應(yīng)該與 PWM 調(diào)光 (亮度控制) 同步，以確保不產(chǎn)生 LED 閃爍。

為達到此目的，LT3795 自己產(chǎn)生擴展頻譜斜坡信號，并運用一種正在申請專利的方法，使該信號與較低頻率 PWM 調(diào)光輸入保持一致。這就消除了擴展頻譜頻率與 PWM 信號相結(jié)合，在 LED 中產(chǎn)生可見閃爍的可能性，即使在 PWM 調(diào)光比最高時也一樣。

高功率 LED 驅(qū)動器

LT3795 是一款高功率 LED 驅(qū)動器，采用了與 LT3756 / LT3796 系列同樣的高性能 PWM 調(diào)光方法，但有一種額外的功能，即提供內(nèi)部擴展頻譜斜坡信號以降低 EMI。該器件是一個具 4.5V 至 110V 輸入、0V 至 110V 輸出的單開關(guān)控制器 IC，可配置為升壓、SEPIC、降壓-升壓模式或降壓模式 LED 驅(qū)動器。LT3795 在 100kHz 至 1MHz 開關(guān)頻率范圍內(nèi)工作，提供 LED 開路保護和短路保護，還能夠作為具電流限制的恒定電壓穩(wěn)壓器或者作為恒定電流 SLA 電池或超級電容器充電器工作。

圖 1 顯示了一個效率高達 92%、80V、400mA、300kHz ~ 450kHz 的汽車 LED 前燈驅(qū)動器，該驅(qū)動器提供擴展頻譜頻率調(diào)制和短路保護。

內(nèi)部擴展頻譜調(diào)制簡化設(shè)計

與其他高功率 LED 驅(qū)動器不同，LT3795 自己產(chǎn)生擴展頻譜斜坡信號，以產(chǎn)生低于設(shè)定開關(guān)頻率 30% 的開關(guān)頻率調(diào)制。這樣就降低了傳導(dǎo) EMI 峰值，從而減少了對昂貴和笨重的 EMI 輸入濾波電容器和電感器的需求。

如果在 LED 驅(qū)動器中用外部或單獨的擴展頻譜時鐘產(chǎn)生開關(guān)頻率，就可能在 PWM 調(diào)光時產(chǎn)生可見閃爍，因為擴展頻譜頻率的變化沒有與 PWM 周期同步。出于這個原因，在許多高端 LED 驅(qū)動器應(yīng)用中，采用擴展頻譜方法并非區(qū)區(qū)小事。如果不采用擴展頻譜，設(shè)計師就必須依靠笨重的 EMI 濾波器、減緩開關(guān)邊沿 (但降低效率) 的柵極電阻器、以及開關(guān)減振器和箝位二極管。

圖 2 比較了擴展頻譜功能啟動和停用時，LT3795 LED 驅(qū)動器在 AM 頻帶上的傳導(dǎo) EMI 測量值。正常 (無擴展頻譜時) 工作模式在開關(guān)頻率及其諧波上產(chǎn)生高能量尖峰。由于這些尖峰，該設(shè)計在汽車等 EMI 敏感型應(yīng)用中可能無法滿足嚴格的 EMI 要求。為參考方便，CISPR 25 Class 5 汽車傳導(dǎo) EMI 限制也顯示在圖 2 中。圖 3 顯示在更寬的頻帶上擴展頻譜的效果。

圖 2：當(dāng)采用 LT3795 的擴展頻譜頻率調(diào)制時，AM 頻帶上的傳導(dǎo) EMI 峰值降低了 3dBµV 至 6dBµV。CISPR25 Class 5 AM 頻帶限制也顯示在圖中，以供參考。

圖 3：LT3795 150kHz 至 30MHz 傳導(dǎo) EMI 尖峰的頻譜分析儀掃描圖顯示，在很寬的頻率范圍內(nèi)，EMI 尖峰幅度減小了。

既然在 300kHz 至 580kHz 之間沒有限制，那就會有一個極好的地方放置基頻。在這個應(yīng)用中，基頻放置在 450kHz，并向下擴展至 300kHz。簡單地通過將 RAMP 引腳接地，就可以停用擴展頻譜功能。

RAMP 引腳處的 6.8nF 電容器將擴展頻譜頻率調(diào)制信號設(shè)定至速率為 1kHz 的三角波，也就是，LT3795 的工作頻率每毫秒一次，從 300kHz 掃至 450kHz 再掃回來。增加 1kHz 三角波擴展頻譜信號對 LED 紋波電流的影響可以忽略不計，如圖 4 所示。

圖 4：諸如 LT3795 中所采用的擴展頻譜對 LED 的亮度沒有可察覺的影響。當(dāng)與無擴展頻譜 (a) 比較時，在圖 1 設(shè)置 1kHz 擴展頻譜掃頻對 LED 紋波電流 (b) 的影響可忽略不計，而且其頻率太高以致人眼感覺不到閃爍。

之所以選擇 1kHz 的調(diào)制頻率，是因為其足夠低，可位于 LT3795 的帶寬之內(nèi)，同時又足夠高，可大幅衰減 AM 頻帶的傳導(dǎo) EMI 尖峰。進一步降低調(diào)制頻率會使 AM 頻帶內(nèi)的尖峰衰減劣化，這種情況或許對分類的影響最大。擴展頻譜調(diào)制頻率選擇更高頻率似乎不影響 EMI 尖峰衰減。頻率高于 100Hz 的信號人眼就察覺不到。

無閃爍 PWM 調(diào)光

運用與 PWM 信號不同步的擴展頻譜電源，有可能降低 EMI，但是開關(guān)頻率與 PWM 信號的差頻有可能在 LED 中產(chǎn)生可見閃爍。當(dāng)使用 PWM 調(diào)光時，LT3795 內(nèi)部產(chǎn)生的擴展頻譜斜坡信號與 PWM 周期同步。這樣就可以提供可重復(fù)、無閃爍的 PWM 調(diào)光，即使在 1000:1 的高調(diào)光比時也不例外。

圖 5 比較了兩種擴展頻譜解決方案的 PWM 調(diào)光電流波形：一個采用了正在申請專利的 LT3795 擴展頻譜至 PWM 同步方法，另一個則沒有采用。所捕獲的兩個波形都是用無窮持續(xù)產(chǎn)生的，圖中顯示，1% PWM 調(diào)光波形有幾個周期是重疊的。圖 5a 顯示了 LT3795 擴展頻譜工作對 PWM LED 電流的影響。該波形是逐周期一致的，從而實現(xiàn)了無閃爍工作。圖 5b 顯示用一個可比較而非 LT3795 擴展頻譜解決方案所得的結(jié)果。接通時波形的逐周期變化導(dǎo)致 LED 平均電流變化，這在高調(diào)光比時就成了 LED 閃爍。

圖 5: 兩種擴展頻譜 LED 驅(qū)動器解決方案及其對 PWM 調(diào)光影響的比較。無窮持續(xù)示波器波形顯示了重復(fù)和重疊的 PWM LED 電流波形。在 (a) 中，正在申請專利的 LT3795 擴展頻譜方法產(chǎn)生了逐周期一致的 LED PWM 接通時間波形。結(jié)果是以高調(diào)光比實現(xiàn)了無閃爍工作。(b) 中的波形顯示了用一個可比較而非 LT3795 擴展頻譜 LED 驅(qū)動器所得的結(jié)果。在后一種情況下，沒有 LT3795 那樣的擴展頻譜至 PWM 同步，LED 電流波形在不同周期是不一致的，在高 PWM 調(diào)光比時產(chǎn)生了可察覺的閃爍。

請注意，未采用 LT3795 專利方法的擴展頻譜驅(qū)動器 IC 或許因擴展頻譜而明顯降低了 EMI，但是閃爍可能仍然存在。必須觀察 LED 或 LED 電流波形，以了解閃爍是否存在。在采用 LT3795 的情況下，傳導(dǎo) EMI 掃描結(jié)果和 LED 電流的示波器波形都很好。

防短路升壓

圖 1 所示 LT3795 升壓型 LED 驅(qū)動器是防短路的。高壓側(cè) PMOS 斷接不僅用于 PWM 調(diào)光，而且當(dāng) LED+ 端短路至地時，用于短路保護。當(dāng)輸出電流過大和 LED+ 電壓過低時，獨特的內(nèi)部電路監(jiān)視器斷開斷接 PMOS，并報告 LED 短路故障。

類似地，如果 LED 串去掉或開路，那么該 IC 就限制其最高輸出電壓，并報告 LED 開路故障。

多拓撲解決方案

LT3795 可用來以升壓設(shè)置驅(qū)動 LED，如本文所示。如果 LED 串的電壓與輸入電壓范圍之間的關(guān)系需要時，該器件也可采用降壓模式、降壓-升壓模式、SEPIC 和反激式拓撲。所有拓撲都具備同樣的擴展頻譜和短路保護。LT3795 甚至可以配置為具備擴展頻譜頻率調(diào)制的恒定升壓或 SEPIC 電壓穩(wěn)壓器。

結(jié)論

LT3795 是一款 110V、通用 LED 驅(qū)動器 IC，具備內(nèi)置的擴展頻譜頻率調(diào)制以降低 EMI。這樣一來，就簡化了必須通過嚴格 EMI 測試的 LED 應(yīng)用之設(shè)計。擴展頻譜僅需要單個電容器，而且與基于外部時鐘的擴展頻譜解決方案不同，可在 PWM 調(diào)光時使 LED 無閃爍工作。短路保護在所有拓撲中都可用，從而使該 IC 成為適用于驅(qū)動汽車 LED 的堅固和強大之解決方案。