[導讀]引言 從 DLP 投影機中的大電流 LED 到大功率激光二極管，在很多照明應用中，都采用了能產生穩(wěn)定的大電流脈沖功率驅動器，例如：在高端視頻投影機中，大功率 LED 用來產生彩色照明。在這類投影機中，RGB LED 需要精確
引言
從 DLP 投影機中的大電流 LED 到大功率激光二極管，在很多照明應用中，都采用了能產生穩(wěn)定的大電流脈沖功率驅動器，例如：在高端視頻投影機中，大功率 LED 用來產生彩色照明。在這類投影機中，RGB LED 需要精確的調光控制，以實現準確的色彩混合，在這種情況下，可能需要提供比簡單的 PWM 調光更強的控制能力。一般情況下，為了實現色彩混合所需要的寬動態(tài)范圍，LED 驅動器必須能在兩種完全不同的穩(wěn)定峰值電流狀態(tài)之間快速切換，并同時進行 PWM 調光，而且不會造成任何問題。LT3743 能滿足這些苛刻的準確度和速度要求。
LT3743 是一種同步降壓型 DC/DC 控制器，它采用固定頻率、平均電流模式控制方式，通過一個與電感器串聯的檢測電阻器準確地調節(jié)電感器電流。在 0V 至(VIN – 2V) 的輸出電壓范圍內，LT3743 以 ±6% 的準確度調節(jié)任何負載的電流。
通過將準確的模擬調光 (高和低狀態(tài)) 和 PWM 調光相結合，LT3743 實現了精確、寬范圍的 LED 電流控制。模擬調光通過 CTRL_L、CTRL_H 和 CTRL_T 引腳控制；PWM 調光則通過 PWM 和 CTRL_SEL 引腳控制。LT3743 獨特地采用了外部開關型負載電容器，因此能實現高和低模擬狀態(tài)的快速轉換，從而允許 LT3743 在幾微秒的時間內改變穩(wěn)定的 LED 電流值。開關頻率可以利用一個外部電阻器在 200kHz 至 1MHz 范圍內設定，而且可同步至一個 300kHz 至 1MHz 的外部時鐘。
圖 1：基本的開關型電容器拓撲
開關型輸出電容器拓撲
在傳統的穩(wěn)流器中，負載兩端的電壓存儲在輸出電容器中。如果負載電流突然變化，那么輸出電容器中的電壓必須充電或放電，以匹配新的穩(wěn)定電流。轉換時，對負載中的電流控制欠佳，從而導致了緩慢的負載電流響應時間。
LT3743用一種獨特的開關型輸出電容器拓撲解決了這個問題，該拓撲實現了超快的負載電流上升和下降時間。這種拓撲的基本理念是，LT3743 充當穩(wěn)定電流源，驅動負載。就給定電流而言，負載兩端的壓降存儲在第一個開關型輸出電容器中。當需要不同的穩(wěn)定電流狀態(tài)時，第一個輸出電容器就關斷，而第二個電容器則接通。這使每個電容器都能存儲與想要的穩(wěn)定電流相對應的負載壓降。
圖 1 顯示了具有各種控制引腳的基本拓撲。PWM 和 CTRL_SEL 引腳是數字控制引腳，決定穩(wěn)定電流的狀態(tài)。CTRL_H 和 CTRL_L 引腳是模擬輸入，具有 0V 至 1.5V 的滿標度范圍，可在電流檢測電阻器兩端產生 0mV 至 50mV 的穩(wěn)定電壓。
圖 2：LED 電流 PWM 和 CTRL_SEL 調光
圖 3：采用開關型輸出電容器的 24V、20A LED 驅動器
圖 2 示顯示了對應于各種不同的 PWM 和 CTRL_SEL 引腳狀態(tài)的時序波形。當 PWM 為低電平時，所有切換都終止，兩個輸出電容器都與負載斷接。
盡管 LT3743 可以配置為采用開關型輸出電容器，但它適用于任何傳統的模擬和/或 PWM 調光電路。
開關周期同步
LT3743 將所有切換邊沿同步至 PWM 和 CTRL_SEL 的上升沿。就周期性或非周期性 PWM 調光脈沖而言，同步使系統設計師能自由地使用不同的脈沖寬度和占空比。就大電流 LED 驅動器而言，在從零電流或小電流狀態(tài)恢復至大電流狀態(tài)時，這是一種必不可少的特色。無論何時，只要 CTRL_SEL 或 PWM 信號變高，就重新啟動時鐘，這樣電感器電流就會立即開始斜坡上升，而不必等待時鐘的上升沿。沒有同步時，時鐘脈沖沿和 PWM 脈沖沿的相位關系是不受控制的，有可能在 LED 光輸出中引起可見抖動。當在 SYNC 引腳應用一個外部時鐘時，開關周期在 8 個開關周期內重新同步至該外部時鐘。
一款采用開關型輸出電容器、面向高端 DLP 投影機的 24V、20A LED 驅動器
高端 DLP 投影機要求最高質量的圖像和彩色重現。為了實現高的彩色準確度，各個 LED 的彩色偏差都要通過與其他兩種彩色 LED 色彩的混合來校正。例如：當紅光 LED 處于滿電流導通狀態(tài)時，藍光和綠光 LED 以低電流值接通，這樣它們的色彩就可以混合，以產生準確的紅光。這種方法要求能在相對較低 (約 2A) 和相對較高 (約 20A) 的 LED 電流之間快速轉換，以保持 PWM 調光脈沖沿。圖 3 顯示了一款專供高端 DLP 投影機使用的 24V/20A LED 驅動器。
相對較低的 450kHz 開關頻率允許使用非常小的 1.0uH 電感器。在 25% 紋波電流時，大電流狀態(tài)和小電流狀態(tài)的轉換時間約為 2us。1mF 的大輸出電容器存儲了兩種不同電流狀態(tài)下 LED 兩端的壓降，并在 MOSFET 調光開關接通時，提供瞬時電流。就實現快速 LED 電流轉換而言，采用幾個并聯的低 ESR 電容器是至關重要的。
圖 4：0A 至 2A 至 20A 的 LED 電流階躍
圖 5：采用綠光 LED 時，12V、20A PWM 調光的效率
圖 6：具限流并聯輸出的 6V 至 36V 輸入、2A LED 驅動器
圖 7：0A 至 2A 限流并聯輸出 PWM 調光
穩(wěn)定的大電流和小電流由 VREF 引腳與 CTRL_L 和 CTRL_H 引腳之間的分壓器設定。VREF 引腳上的 ±2%、2V 基準還用來向連接到 CTRL_T 引腳的過熱減額電路 (參見后面“過熱時降低 LED 電流”一節(jié)) 提供基準信號。
為了減小可能較大的啟動電流，LT3473 運用了一種獨特的軟起動電路，以節(jié)制穩(wěn)定電流，從而在軟起動引腳充電至 1.5V 時，提供全驅動。為了最大限度地縮短不同電流值轉換的時間，LT3743 對每種電流值都提供了單獨的補償，這樣電流控制環(huán)路就可以盡快回復到穩(wěn)定工作狀態(tài)。圖 4 顯示了從 0A 至 2A 至 20A 的 LED 電流階躍。
在寬 PWM 占空比范圍內提供高效率
在便攜式 DLP 投影機中，功耗是一個至關重要的設計參數。與目前市場上很多并聯型大電流 LED 驅動器不同，LT3743 在很寬的 PWM 占空比范圍內具有非常高的效率。通過僅向負載提供功率，而不是將功率分流或給輸出電容器充電，常見的傳統 PWM 調光驅動器中損失的大多數能量都能節(jié)省下來。圖 5 顯示以 0A 至 20A 的電流在整個占空比范圍內驅動一個綠光 LED 和 VIN = 12V 時的效率。
圖8：具開關型陰極 PWM 調光的 6V 至 30V 輸入、20A LED 驅動器
停機和準確啟動
當提供大的負載電流時，正確工作所需的電源欠壓閉鎖 (UVLO) 遲滯量在很大程度上取決于電路板布局。為了實現最大的靈活性，LT3743 納入了一個具 5.5uA 電流源的準確啟動門限，當 EN/UVLO 引腳電壓低于 1.55V 時，該電流源的電流流入該引腳。利用一個接在輸入電源和地之間的分壓器，可給系統增加任意遲滯量。為了在便攜式應用中節(jié)能，當 EN/UVLO 引腳電壓低于 0.5V 時，LT3743 將徹底停用，且電源電流降至低于 1uA。
過熱時降低 LED 電流
在大電流負載情況下，要保護昂貴的大電流 LED 并防止在整個系統范圍內造成損壞，恰當的熱量管理是至關重要的。在大和小控制電流情況下，LT3743 都用 CTRL_T 引腳來降低負載中有效的穩(wěn)定電流。當 CTRL_T 引腳電壓低于 CTRL_L 或 CTRL_H 引腳上的控制電壓時，穩(wěn)定電流將減小。過熱減額用連接在 VREF 引腳和地之間隨溫度而變化的電阻分壓器來設定。
輸出電壓保護
要防止損壞昂貴的投影機 LED， 輸出電壓保護很重要。LT3743 通過 FB 引腳為輸出提供一個穩(wěn)定電壓點。為了簡化系統設計，LT3743 采用了一個內部 1V 基準，從而在 FB 引腳電壓達到 900mV 時，緩慢降低穩(wěn)定電流。
強大的柵極驅動器
為了提供足夠的驅動能力，并降低大電流功率 MOSFET 中的開關損耗，LT3743 采用了非常強大的開關 MOSFET 驅動器。LG 和 HG PMOS 上拉驅動器的導通電阻通常為 2.5Ω。LG 和 HG NMOS 下拉驅動器的導通電阻一般低于 1.3Ω。因為導通電阻非常低，所以兩個大電流 MOSFET 可以并聯起來，用在超過 20A 的應用中。目前市場上大多數 LED 驅動器都沒有為調光 MOSFET 提供足夠的柵極驅動能力，因而需要一個額外的外部柵極驅動器。LT3743 在 PWMGL 和 PWMGH 驅動器中集成了這種驅動器，并具有 2Ω 的典型 NMOS 下拉電阻和 3.7Ω 的典型 PMOS 上拉電阻，以驅動任何 5V 調光 MOSFET。
傳統的 PWM 調光
LT3743 適用于任何傳統的 PWM 調光方法。同類 LED 驅動器采用的并聯型輸出調光浪費能量，且在 LED 占空比低于約 50% 時效率不佳。由于 LT3743 有兩個穩(wěn)定電流值，因此當使用分路器時，穩(wěn)定電流可降至零。這使得即使在低 LED 占空比時，也能提供非常高的效率。
圖 6 顯示了一個配置為限流并聯輸出的 2A LED 驅動器。請注意：CTRL_L 引腳接地，PWMGL 引腳用來驅動并聯 MOSFET，而CTRL_SEL 引腳用于調光。由于 CTRL_L 引腳接地，因此當 CTRL_SEL 引腳為低電平時，使用分路器，而且電感器中的電流穩(wěn)定于 0A。當 CTRL_SEL 引腳為高電平時，并聯 MOSFET 關斷，且穩(wěn)定電流由 CTRL_H 引腳上的電壓決定。圖 7 顯示了采用 12V 輸入的限流并聯型 PWM 調光。
圖 9：0A 至 20A 開關型陰極 PWM 調光
除了分路器配置，LT3743 還可配置為驅動與 LED 陰極串聯的調光 MOSFET。當不需要多種電流狀態(tài)時，這是首選的 PWM 調光方法。圖 8 說明了具開關型陰極 PWM 調光的 6V 至 30V、20A LED 驅動器。圖 9 顯示了具 0A 至 20A 電流階躍和 100:1 調光比的開關型陰極 PWM 調光。
結論
LT3743 產生超快的大電流 LED 上升時間，同時提供準確的電流調節(jié)。該器件能支持多種電流狀態(tài)，通過允許 LED 色彩非常容易地混合，可滿足用于劇院的高性能 DLP 投影機的需求。除了速度快，LT3743 的開關型電容器拓撲還允許使用緊湊和低值電感器，從而減小了所占用的電路板面積。其他特點包括開關周期同步、過壓保護、高效率和非常容易地適應各種不同的應用需求。
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