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最新升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器拓撲具低輸入和低輸出紋波以實現(xiàn)低 EMI

時間：2015-09-01 09:52 來源：凌力爾特公司作者：Keith Szolusha

很多汽車 LED 驅(qū)動器電路都需要恒定電流 DC/DC 轉(zhuǎn)換器拓撲，這種拓撲能夠從輸入到輸出提供升壓和降壓。在常用的升壓型和降壓型拓撲中，產(chǎn)生低 EMI 的拓撲是設(shè)計師最想要的。非隔離式 LED 驅(qū)動器拓撲的選擇有：面向很高功率和很高效率的 4 開關(guān)降壓-升壓型、耦合或非耦合式 SEPIC、單電感器“降壓-升壓模式”以及正壓至負壓 (基于降壓型轉(zhuǎn)換器) 單電感器降壓-升壓型拓撲。不幸的是，這些 LED 驅(qū)動器選擇都不具備真正的低輸入和低輸出紋波。由于需要這樣的轉(zhuǎn)換器，所以人們開發(fā)了新型拓撲。

最新升壓-降壓型 (升壓然后降壓的模式) 浮置輸出 LED 驅(qū)動器因為采用了面朝輸入和面朝輸出的電感器 (或耦合繞組)，所以具備低輸入紋波和低輸出紋波。這種拓撲在不同方面與單電感器降壓-升壓型模式、單開關(guān)節(jié)點 SEPIC 和正壓版本 Cuk 轉(zhuǎn)換器都有相像的地方，正壓版本 Cuk 轉(zhuǎn)換器也具備低輸入和低輸出紋波。整合的升壓-降壓電感器 (或耦合電感器) 的總體尺寸與降壓-升壓模式單電感器類似。輸入紋波與 SEPIC 類似，但是輸出紋波小得多。電感器尺寸與 SEPIC 相同，但采用了單而不是雙開關(guān)節(jié)點 (熱環(huán)路更小)，而且降低了復(fù)雜性，因為兩個繞組之間沒有耦合電容器。輸入和輸出紋波類似于 Cuk 轉(zhuǎn)換器的低輸入和低輸出紋波 (負輸出)，但是繞組之間仍然沒有耦合電容器，而且最重要的是，無需以負壓為基準的電路反饋架構(gòu)。正壓升壓-降壓型拓撲可以用現(xiàn)有升壓型 LED 驅(qū)動器實現(xiàn)，例如凌力爾特最新推出的 LT3952。

升壓-降壓型拓撲與浮置 LED 輸出

最新單開關(guān) 60V 單片 LT3952 LED 驅(qū)動器具 4A 峰值開關(guān)電流，可用作汽車升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器，如圖 1 所示。這款 350kHz、1A LED 驅(qū)動器可為 6V 至 18V LED 供電，輸入范圍為 9V 至 36V，在負載最大時效率高達 90%。LT3952 升壓-降壓型轉(zhuǎn)換器之所以效率高，是因為采用了強大的內(nèi)部 MOS 開關(guān)。不同 LED 串電壓時的效率如圖 3 所示。與其他 LED 驅(qū)動器類似，LT3952 的通用低壓側(cè)單電源開關(guān)架構(gòu)可用來給浮置輸出升壓型和降壓型轉(zhuǎn)換器供電，例如升壓-降壓型和單電感器降壓-升壓模式轉(zhuǎn)換器。LED 串沒必要采用接地電壓基準，因為 LED 輸出僅是可見光。因為這個原因，所以可以使用獨特的升壓-降壓模式和降壓-升壓模式浮置 LED 驅(qū)動器拓撲。

圖 1：LT3952 從 9V~36V 至 6V~18VLED、1A 升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器具低輸入和低輸出紋波，在 120Hz 時進行 300:1 PWM 調(diào)光，效率高達 90%。

LT3952 能夠用PWM MOSFET 驅(qū)動器的頂端浮置柵極“TG”引腳對浮置 LED 串進行 PWM 調(diào)光，這非常適合浮置 LED 負載。圖 1 中的升壓-降壓型拓撲能夠以 300:1 及更高的調(diào)光比 (以 120Hz 頻率工作) 進行 PWM 調(diào)光。高壓側(cè) TG 驅(qū)動器可以非常容易地為升壓型、SEPIC、降壓-升壓模式、降壓模式以及升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器提供 PWM 調(diào)光。該驅(qū)動器甚至還提供短路保護斷接功能，以針對令人極為擔心的 LED+ 至 GND 事故提供保護。LT3952 針對升壓-降壓型拓撲中 LED 短路和開路情況提供保護，并在出現(xiàn)這類情況時發(fā)出報告。

升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器拓撲在調(diào)節(jié) LED 電流時，可對輸入至輸出電壓進行升壓和降壓。升壓-降壓占空比、效率、開關(guān)電流和 OUT 節(jié)點電壓與單電感器降壓-升壓模式和 SEPIC 均相同。以下是升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器的一些特性。

·VOUT = VIN + VLED

·DC = VLED / (VIN + VLED)

·Iswpk = IIN + ILED + ILpkpk/2

·ILpkpk = IL1pkpk + IL2pkpk

·在 12VIN 至 18VLED (在 1A) 時，圖 1 效率約為 88%

低輸入和低輸出紋波拓撲 = 低 EMI

在升壓-降壓型和單電感器降壓-升壓模式之間，有很多相似性。圖 1 和圖 2 之間不同的是輸入和輸出紋波。圖 4 顯示升壓-降壓型與降壓-升壓模式 (分別對應(yīng)圖 1 和圖 2) 相比，傳導(dǎo) EMI 降低了。輸入和輸出繞組隔離可防止輸出紋波電流耦合到升壓-降壓型拓撲的輸入電容器上，從而降低了 EMI。圖 4 的 EMI 曲線顯示，從 530kHz 至 1.8MHz 的 AM 頻段 EMI 很低，因此較少需要大型 EMI 輸入濾波器。

圖 2：LT3952 單電感器降壓-升壓模式 LED 驅(qū)動器用來與圖 1 的升壓-降壓型拓撲進行比較

圖 3：在 12VIN 至 17.5V、1A LED 串時，圖 1 的升壓-降壓型拓撲之效率高達 90%

圖 4：在 12VIN 至 18VLED、1A 時，圖 1 升壓-降壓型拓撲的傳導(dǎo) EMI 遠低于圖 2 降壓-升壓模式的傳導(dǎo) EMI

圖 5 顯示了升壓-降壓型拓撲的另一種電路圖，顯示了低輸入和低輸出紋波通路，相比之下，SEPIC 轉(zhuǎn)換器沒有同樣的低輸出紋波。無論是輸入還是輸出導(dǎo)線上的高紋波，都可能輻射并提高 EMI，尤其是如果這些導(dǎo)線長達幾米時，就像有時汽車中的導(dǎo)線那樣。不推薦在 LED 驅(qū)動器的輸出端采用額外的 LC 濾波，因為這有可能降低 PWM 轉(zhuǎn)換速度，引起不想要的振鈴，從而妨礙最佳 PWM 調(diào)光性能的實現(xiàn)。低紋波、面朝輸出的電感器就像降壓型拓撲一樣，可實現(xiàn) PWM 調(diào)光性能和低輸出 EMI 的最佳組合。請注意，正壓至負壓單電感器降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器也具備低輸出紋波和大帶寬，但是出了名的是，其輸入紋波和輸出紋波會耦合到系統(tǒng)的大型輸入電容中，從而產(chǎn)生大于所希望的傳導(dǎo) EMI。

圖 5：升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器與 SEPIC LED 驅(qū)動器拓撲類似

升壓-降壓型拓撲中的輸入和輸出電容器非常容易濾除等于 ILpkpk/√12 的三角形低紋波電流。在這種拓撲中，略大一些的電容或電感可以進一步降低 EMI。在該轉(zhuǎn)換器的高 dl/dt 熱環(huán)路中，輸入或輸出電容器都不是至關(guān)重要的。在這種拓撲中，關(guān)鍵熱環(huán)路僅涉及箝位二極管、OUT 至 GND 電容器以及內(nèi)部低壓側(cè)開關(guān)，如圖 5 所示，從而簡化了布局。當升壓-降壓型拓撲的兩個電感器或繞組連到一起且 LED 節(jié)點連接到輸入時，該升壓-降壓型拓撲就變回以前使用的降壓-升壓模式轉(zhuǎn)換器了。在這種情況下，熱環(huán)路電流以及輸入和輸出紋波電流都有可能進入輸入和輸出電容器，導(dǎo)致較高的輸入和輸出紋波。

另一種類似的正壓至負壓升壓-降壓型拓撲

另一種正在申請專利和具低紋波輸入和輸出的升壓-降壓型 LED 驅(qū)動器拓撲如圖 6 所示。LT3744 正壓至負壓升壓-降壓型 (升壓模式然后降壓) 也是一款低輸入和低輸出紋波 LED 驅(qū)動器，但使用了具負壓調(diào)節(jié)功能的同步降壓型轉(zhuǎn)換器。這種新型浮置負壓輸出拓撲利用了具備 PWM 和輸出標記電平轉(zhuǎn)換功能的同步降壓型 LT3744 LED 驅(qū)動器的優(yōu)勢。在大多數(shù)情況下，高效率是同步開關(guān)型 IC 的主要優(yōu)勢，尤其是驅(qū)動大功率 LED 串時，例如圖 6 中的 3A、48W LED 負載。同時具備同步升壓和降壓 LED 驅(qū)動器的同步升壓和降壓型升壓-降壓 LED 驅(qū)動器也可以實現(xiàn)高效率。幸運的是，凌力爾特公司提供大量這類面向大功率、低紋波升壓和降壓型 LED 驅(qū)動器的器件。