大電流LED驅(qū)動(dòng)器LTC3454

 近年來(lái)，手機(jī)不斷更新，其功能越來(lái)越多，除了主要的通話功能外，還可發(fā)送、接收短信、照相、聽(tīng)音樂(lè)，甚至于可上網(wǎng)、看電影，真是神通廣大。此外，手機(jī)還能用作手電筒，雖然說(shuō)這功能沒(méi)有什么新奇，但很實(shí)用。能實(shí)現(xiàn)此功能的就是凌特公司最近推出的大電流白光LED驅(qū)動(dòng)器LTC3454，它除了在手機(jī)照像時(shí)用作閃光燈外，還可在減小電流時(shí)用作可調(diào)光的手電筒。

       LTC3454可用1節(jié)鋰離子電池（2.7～4.2V）供電，能以1A的電流驅(qū)動(dòng)白光LED作閃光燈。在電池的電壓VBAT大于LED的正向壓降VF時(shí)，它工作于降壓模式；若電池電壓下降，VBAT< P> < /p>

       LTC3454的特點(diǎn)

       LTC3454的內(nèi)部是一種開(kāi)關(guān)型升/降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。該器件主要特點(diǎn)：輸入電壓VIN可以在大于、小于或等于LED的正向壓降VF條件下工作，延長(zhǎng)

了電池在兩次充電之間的工作時(shí)間；采用同步整流升壓及同步整流降壓技術(shù)，提高了轉(zhuǎn)換效率：在手電筒工作模式時(shí)，其效率大于90%；在閃光燈模式時(shí)，其效率大于80%；輸入電壓范圍寬，2.7～5.5V；輸出電流大，連續(xù)輸出電流可達(dá)1A；驅(qū)動(dòng)功率LED的電流可編程，并可通過(guò)外部來(lái)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)調(diào)光；編程的電流精度可達(dá)3.5%；內(nèi)部有軟啟動(dòng)，有LED開(kāi)路及短路保護(hù)；固定1MHz開(kāi)關(guān)頻率；有關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器控制，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)耗電幾乎為零；有過(guò)熱保護(hù)及輸入低電壓鎖存功能；小尺寸散熱增強(qiáng)型10引腳DFN封裝（3mm×3mm）；工作溫度 -40～+85℃。

       應(yīng)用領(lǐng)域主要是手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA等處，還可用于礦燈、應(yīng)急燈及強(qiáng)光手電筒。

       引腳排列及功能

       LTC3454的引腳排列如圖1所示，各引腳的功能如表1所示。

                             
                                      圖1 LTC3454的引腳排注

       表1 LTC3454引腳功能詳解

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       主要參數(shù)

       LTC3454的主要參數(shù)：輸入電壓VIN=2.7～5.5V；工作電流典型值為825μA；關(guān)閉狀態(tài)時(shí)耗電小于1μA；低壓鎖存時(shí)耗電5μA（輸入低壓鎖存閾值電壓約2V）；VEN1、VEN2的高電平閾值為   0.68～1.2V，VEN1、VEN2低電平閾值為  0.2～0.68V；調(diào)節(jié)后的最大輸出電壓VOUT=5.15V(典型值)；振蕩器頻率fsw=1MHz；軟啟動(dòng)時(shí)間典型值為200μs。

       工作原理簡(jiǎn)介

       LTC3454內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分成兩個(gè)部分：升/降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器分及LED電流設(shè)定電路部分。

升/降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器部分

       升/降DC/DC轉(zhuǎn)換器部分的結(jié)構(gòu)框圖2所示。它主要由4個(gè)功率MOSFET組成A、B、C、D4個(gè)開(kāi)關(guān)（A、D為P-MOSFET，C、D為N- MOSFET）、控制電路、柵極驅(qū)動(dòng)電路、誤差放大器（其反相端輸入的電壓是LED的電流ILED×電流檢測(cè)電阻R的值；同相端輸入的電壓是LED的設(shè)定電流ISET×電流檢測(cè)電阻R的值）。

                     

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sp;      圖2 DC/DC部分具體結(jié)構(gòu)

 

       誤差放大器輸出的電壓VC與DC/DC轉(zhuǎn)換器工作狀態(tài)有關(guān)：當(dāng)VIN>VF,ILED×R>ISET×R,使誤差放大器輸出電壓VC<1.55V時(shí)，則DC/DC轉(zhuǎn)換器工作于降壓模式，如圖3所示。此時(shí)，開(kāi)關(guān)D導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)C關(guān)斷；受VC控制的PWM信號(hào)使開(kāi)關(guān) A、B輪流導(dǎo)通。在這種情況下，其電路可簡(jiǎn)化成如圖4所示的降壓式電路。A是開(kāi)關(guān)管，B是同步整流管。

                               

                                          圖3 DC/DC轉(zhuǎn)換器工作模式

 

                       

                                            圖4 降壓模式DC/DC簡(jiǎn)化電路

       當(dāng)VIN1.65V，則DC/DC轉(zhuǎn)換器工作于升壓模式，如圖3所示。此時(shí)，開(kāi)關(guān)A導(dǎo)通、開(kāi)關(guān)B關(guān)斷；受VC控制的PWM信號(hào)使開(kāi)關(guān)C、D輪流導(dǎo)通。在這種情況下，其電路可簡(jiǎn)化成如圖5所示的升壓式電路。C是開(kāi)關(guān)管，D是同步整流管。

                       

                                   圖5 升壓模式DC/DC簡(jiǎn)化電路

當(dāng)VIN≈VF時(shí)，誤差放大器輸出電壓VC在1.55～1.65V范圍內(nèi)，它處于升/降壓模式，即可能是升壓模式，也可能是降壓模式。< /p>

       從圖3中可看出，在VINVF時(shí)，轉(zhuǎn)換器處于升壓模式或降壓式，由誤差放大器的輸出電壓VC來(lái)改變PWM的占空比（D），使LED流過(guò)的電流ILED接連設(shè)定的LED電流ISET。

       LED電流設(shè)定部分

       LED電流是通過(guò)在IS

ET1端設(shè)1個(gè)RISET1及在SET2端設(shè)1個(gè)RISET2來(lái)設(shè)定的。這部分的電路框圖如圖6所示。它由LED電流設(shè)定放大器1、LED電流設(shè)定放大器2、基準(zhǔn)電壓源（0.8V）、兩個(gè)N-MOSFET及電流鏡電路等組成。

       電流鏡的比值是1:3850，其一路流出電流為I，而另一路則是3850I。I這電流分成兩路：IISET1及IISET2，并且有 I=IISET1+IISET2的關(guān)系。IISET1通過(guò)N-MOSEFT(Q1)、經(jīng)RISET1流入地，IISET2通過(guò)Q2、經(jīng)RISET2流入地。IISET1與RISET1的關(guān)系為：IISET1=0.8V/RISET1

       同樣，IISET2與RISET2的關(guān)系為：IISET2=0.8V/RISET2

       則I為：I=0.8V(1/RISET1+1/RISET2)

       從圖6中可看出，當(dāng)有I流入RISET1及RISET2時(shí)，就有3850I流入R，則誤差放大器同相端的電壓等于3850I×R。誤差放大器反相端的電壓等于ILED×R，按同相端的電壓與及相端相等的原理。

                 

                                                              圖6 LED控制電路

       ILED×R=3850I×R

       ILED="3850I"=3850×0.8V(1/RISET1+1/RISET2)

       在要求一定的ILED時(shí)，可取合適的RISET1及RISET2來(lái)滿足。如果要求的ILED<500mA，則只要用1個(gè)RISET1或 RISET2即可。如果選擇RISET1,則ISET2可懸空，EN2可接地。則

       ILED="3850"×0.8V/RISET1    

應(yīng)用電路

       有閃光燈及手電筒功能的白光LED驅(qū)動(dòng)電路

       圖7是一種有閃光燈及手電筒功能的白光LED驅(qū)動(dòng)電路。該電路由1節(jié)鋰離子電池供電，設(shè)RISET1=20.5kΩ,RISET2=3.65kΩ,則在 EN1及EN2施加不同的電平，LED有關(guān)斷及三種不同電流ILED，如表2所示。

            

                         圖7 有閃光燈及手電筒功能的白光LED驅(qū)動(dòng)電路

               表2 三種模式下的LED電流值

   

           
       150mA可用作手電筒用時(shí)的ILED，850mA可作閃光燈用的電流。若要求閃光燈有更大的電流時(shí)，

       EN1=EN2=1，則ILED=1A.

       在EN1=0、EN2=1時(shí)，

       ILED="3850"×0.8V(1/20.5k)=150mA

       在EN1=1、EN2=0時(shí)，

       ILED="3850"×0.8V(1/3.65k) = 843.8mA

       在EN1=1=EN2=1時(shí)，

       ILED="150mA"+843.8mA≈1000mA

       圖7中，LED用的是LUMILEDS公司型號(hào)為L(zhǎng)XL-PWF1的LED，電感器L1用的是SUMIDA公司型號(hào)為CDRH6D28-5RONC 的。

       由3節(jié)鎳氫電池驅(qū)動(dòng)ILED=500mA的電路

       種由3節(jié)鎳氫電池驅(qū)動(dòng)白光LED，使ILED=500mA電流的電路如圖8所示。在圖8中，在ISET1端設(shè)了  619kΩ電阻，由EN1來(lái)控制其亮、滅。ISET2懸空，EN2接地。LED用的是LUMILED公司的產(chǎn)品，型號(hào)為L(zhǎng)XCLLW3C；電感器L1是 TOKO公司的A997AS-4R7M。

  

                         圖8 由3節(jié)鎳氫電池驅(qū)動(dòng)白光LED電路

       若要求不同的ILED，改變RISET1的阻值即可。

       LED的調(diào)光

       從上面應(yīng)用電路的介紹中，已知改變ISETX端的電阻可改變LED的電流ILED，則可改變LED的亮度達(dá)到調(diào)光的目的。實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光的方法有4種，如圖9所示。

                

                                            圖9 LED調(diào)光電路

圖9-a所示為用電壓型DAC來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光，ILED與VDAC的關(guān)系：

       ILED="3850"(0.8V－VDAC)/RSET

       RSET≥Rmin  (Rmin為不使ILED>1A)

       圖9-b所示為用電流型DAC來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光，ILED與IDAC的關(guān)系：

       ILED="3850"×

IDAC

       IDAC≤0.8V/Rmin

       圖9-c所示為用電位器來(lái)調(diào)光，ILED與電位器電阻RPOT的關(guān)系：ILED=3850×0.8V/(Rmin+RPOT)

       圖9-d所示為用PW信號(hào)來(lái)調(diào)光，PWM的頻率≥10kHz，其ILED與PWM的占空比D及幅值電壓DVCC的關(guān)系：

       ILED=[0.8V-(D%×VDVCC)]/RSET

       用戶可根據(jù)產(chǎn)品的要求及使用的條件來(lái)選擇。在圖9-d中，原資料未給出電容的容量，可加不同容量來(lái)實(shí)驗(yàn)確定。