同步、低 EMI LED 驅(qū)動(dòng)器具有集成開關(guān)和內(nèi)部 PWM 調(diào)光功能IC

1、前言

LED 應(yīng)用的廣度已經(jīng)發(fā)展到涵蓋從通用照明到汽車、工業(yè)和測試設(shè)備、標(biāo)志牌和安全設(shè)備的所有領(lǐng)域。因此，LED 驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求范圍擴(kuò)大了。最新的 LED 解決方案需要緊湊、高效、低噪聲、高調(diào)光比和先進(jìn)故障保護(hù)的驅(qū)動(dòng)器。該 TL3922 輕松滿足這些需求。

2.具有集成開關(guān)和內(nèi)部 PWM 調(diào)光功能的 LT3922

具有集成 2A 開關(guān)的 LT3922 36V、同步 LED 驅(qū)動(dòng)器可配置為升壓、降壓或升壓-降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器。其高效率同步和集成電源開關(guān)適用于微型 4mm × 5mm QFN 封裝。該器件集成了凌力爾特最先進(jìn)的開關(guān)技術(shù)，將高功率能力集中到狹小的空間中，同時(shí)控制邊緣速率并減少不需要的場發(fā)射。集成同步開關(guān)采用不振鈴的受控開關(guān)邊沿運(yùn)行 - 提供高效率和低噪聲的恰到好處的平衡 - 并且可以以高達(dá) 2.5MHz 的頻率運(yùn)行，從而形成緊湊的解決方案。

3.拓?fù)溥x擇：升壓、降壓模式、升壓-降壓

LED 燈串由無需直接返回地面的受控電流驅(qū)動(dòng)。LED +和 LED - 或其中任何一個(gè)都可以連接到非接地電位。這為浮動(dòng)輸出 DC/DC LED 驅(qū)動(dòng)器拓?fù)溟_辟了選擇領(lǐng)域，包括降壓模式（降壓）和升壓-降壓（升壓和降壓）。LT3922 的高端 PWMTG 驅(qū)動(dòng)器和同步開關(guān)可配置為升壓、降壓模式或升壓-降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)保留所有 IC 功能的使用，即內(nèi)部 PWM 調(diào)光、SSFM、低 EMI、ISMON 輸出電流監(jiān)視器和輸出故障保護(hù)從標(biāo)準(zhǔn)升壓拓?fù)溲永m(xù)到降壓模式和升壓-降壓。

4.應(yīng)用電路

當(dāng)用作升壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，LT3922 可為高達(dá) 34V 的 LED 供電，從而為低于 40V 的 LED 開路過沖留出一些裕量。圖 1 所示的 2MHz、4V 至 28V 升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器以高達(dá) 34V 的電壓為 330mA 的 LED 串供電。它可以在 120Hz 的外部 PWM 調(diào)光至 2000:1 的比率，也可以通過 PWM 引腳上的模擬輸入電壓在內(nèi)部將其調(diào)光至 128:1 的比率。

圖 1. 2MHz 常規(guī)升壓原理圖，在 120Hz 時(shí)具有 2000:1 PWM 調(diào)光

它能夠承受 LED 開路和 LED +對地短路，并通過置位其 FAULT 引腳來報(bào)告這些故障。即使在 PWM 調(diào)光期間，也可以通過 ISMON 引腳監(jiān)控輸出電流。在 2MHz 開關(guān)頻率下，其基本 EMI 諧波位于 AM 頻段以上，但其 EMI 仍然很低?？梢蕴砑訑U(kuò)頻調(diào)頻 (SSFM) 以在 2MHz 至 2.5MHz 之間擴(kuò)展開關(guān)頻率，并降低基波及其許多諧波處的 EMI。由于集成了同步開關(guān)，2MHz 升壓轉(zhuǎn)換器的效率在 12V IN 時(shí)仍高達(dá) 91% 。在較低的 V IN 下，當(dāng)峰值電感電流達(dá)到其極限時(shí)，輸出電流會在 LED 保持點(diǎn)亮的情況下優(yōu)雅地降低而不會閃爍。

當(dāng) LT3922 用于降壓模式拓?fù)鋾r(shí)，輸入電壓可高達(dá) 36V，并且可以以高達(dá) 1.5A 的電流驅(qū)動(dòng)一串 LED，如圖 2 所示。 高端 ISP 和 ISN 電流檢測輸入和 PWMTG PMOS 驅(qū)動(dòng)器可輕松移至 LED 的高端，該 LED 以降壓模式連接到輸入。LED? 直接連接到電感器而不是接地。當(dāng)以 6.5V 驅(qū)動(dòng)兩個(gè) 1A LED 時(shí)，同步降壓模式效率在 12V V IN 時(shí)高達(dá) 94%，在 36V V IN 時(shí)保持高達(dá) 89% 。降壓模式轉(zhuǎn)換器的高帶寬使其能夠在 100Hz 下以 1000:1 的 PWM 調(diào)光比工作。

圖 2. 具有 1000:1 100Hz PWM 調(diào)光亮度控制的 400kHz 降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器

升壓降壓電路

圖 3 中的 LT3922 升壓-降壓拓?fù)渲С忠粋€(gè)高于和低于 LED 串電壓的輸入電壓范圍。LED 燈串電壓和輸入電壓的總和必須保持在 35V 以下，以保持 ISP 和 ISN 電壓低于 40V 的絕對最大值。

圖 3. 具有低輸入和輸出紋波的 2MHz 升壓-降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器。該解決方案通過了 CISPR 25 Class 5。

這種獲得專利的低 EMI 拓?fù)渚哂猩龎盒偷图y波輸入電感器和降壓模式型低紋波輸出電感器。4V–18V 汽車輸入或多電池化學(xué)輸入（5V、12V 和 19V）升壓-降壓轉(zhuǎn)換器可以驅(qū)動(dòng) 3V 到 16V 之間的任何 LED 串電壓。

與其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一樣，PWMTG 驅(qū)動(dòng)器簡化了 PWM 調(diào)光 MOSFET 連接。在浮動(dòng) LED 拓?fù)渲校_路和短路保護(hù)不會受到影響。LED 上的可選二極管-可防止 LED -與 GND 短路。

圖 3 中的 2MHz 轉(zhuǎn)換器在 12V V IN、15V V LED、330mA I LED和高達(dá) 2000:1 的 PWM 調(diào)光比在 120Hz 時(shí)具有 85% 的效率（無 EMI 濾波器時(shí)為 87%）。由于其尺寸、多功能性和低 EMI，該解決方案適合汽車日間行車燈、信號燈或尾燈 LED 驅(qū)動(dòng)器的要求。

汽車照明

如此多的 LED 使它們非常適合用于汽車照明。LED尾燈和日間行車燈具有視覺吸引力。高效的 LED 大燈堅(jiān)固耐用，其使用壽命比它們相對容易燒壞的燈絲前輩長幾個(gè)數(shù)量級。驅(qū)動(dòng)器體積小、效率高，輸入和輸出電壓范圍寬，應(yīng)具有低 EMI。

纖巧的 LT3922 LED 驅(qū)動(dòng)器具有汽車環(huán)境所需的低 EMI、高效率和故障保護(hù)功能。它可以從汽車 9V–16V 輸入范圍供電，并在瞬變情況下工作至 36V 和低至 3V（冷車發(fā)動(dòng)條件）。其低 EMI Silent Switcher ®架構(gòu)、SSFM 和受控開關(guān)邊緣使其非常適合為低 EMI 的 LED 供電。其多功能性使其可用于外部日間行車燈、信號燈、尾燈和大燈部分以及具有高調(diào)光比的內(nèi)部儀表板和平視顯示器的升壓、降壓和升壓-降壓應(yīng)用。內(nèi)置的靈活性和故障保護(hù)減少了防止 LED 串短路和開路所需的組件數(shù)量。

圖 4 中的 400kHz 汽車升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器通過了 CISPR 25 5 類 EMI 測試，如圖 5 所示，其中顯示了 LT3922 的傳導(dǎo)和輻射 EMI 測試結(jié)果以及 5 類 EMI 限制。這是 LT3922 低 EMI 特性組合的結(jié)果，包括但不限于受控開關(guān)邊沿和擴(kuò)頻頻率調(diào)制 (SSFM)。當(dāng)然，應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)牟季趾蜕倭康蔫F氧體磁珠過濾（FB1 和 FB2）以獲得最佳的 EMI 結(jié)果。

圖 4. 400kHz 汽車升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，帶有用于低 EMI 的濾波器和 100%、10% 或 1% 內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光選項(xiàng)。EMI 測試（圖 5）表明該解決方案通過了 CISPR 25 Class 5。

圖 5. 圖 4 中所示的 400kHz LED 驅(qū)動(dòng)器的 EMI 曲線，它通過了 CISPR 25 Class 5，并使用了最少的 EMI 濾波器。如果特定制造商的 EMI 要求需要進(jìn)一步降低 EMI，則可以在輸入中添加更大的 LC 濾波器。

低 EMI 的內(nèi)置功能

LT3922 包括許多特性，使設(shè)計(jì)人員能夠輕松實(shí)現(xiàn)低 EMI 解決方案。首先，LT3922 整合了凌力爾特獲得專利的 Silent Switcher 架構(gòu)，其中內(nèi)部同步開關(guān)最大限度地減少了熱開關(guān)環(huán)路尺寸，并且受控開關(guān)邊緣不會振鈴。

圖 6 顯示了 LT3922 的引腳排列如何在兩個(gè) V OUT引腳附近放置小型高頻電容器，以最大限度地減小熱回路尺寸和 EMI。

圖 6. 雙回路布局和高頻 0402 分離電容器產(chǎn)生小的反向熱回路，有助于降低高頻 EMI。

開關(guān)邊沿速率由 LT3922 控制，消除了在沒有此功能的開關(guān)轉(zhuǎn)換器中常見的高頻振鈴。LT3922 的受控開關(guān)邊緣在不降低效率和功率能力的情況下降低了電源開關(guān)高頻 EMI。

對于 400kHz 轉(zhuǎn)換器，LT3922 中的 SSFM 以 1.6kHz 的速率將電阻器設(shè)置的開關(guān)頻率從其值的 100% 上下擴(kuò)展。這降低了轉(zhuǎn)換器在低頻和高頻下的峰值和平均 EMI。通過將 SYNC/SPRD 引腳分別連接到 INTV CC或 GND，可以輕松開啟和關(guān)閉該功能。

內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光

通過 CTRL 引腳上的可調(diào)電壓進(jìn)行模擬調(diào)光一直比更精確的 PWM 調(diào)光更容易實(shí)現(xiàn)。到目前為止，PWM 調(diào)光需要一個(gè)外部時(shí)鐘或微信號，其占空比通過 PWM 輸入引腳控制亮度。然而，LT3922 具有內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光信號，該信號僅需要 PWM 引腳上的外部電壓來設(shè)置 128:1 PWM 調(diào)光的占空比。PWM 周期（例如 122Hz）由 RP 引腳上的單個(gè)電阻器設(shè)置。

LED 電流精度是配備冗余燈組的車輛的必要條件。由于顯而易見的原因，雙方的亮度必須匹配。相同制造的 LED 可以在相同的驅(qū)動(dòng)電流下產(chǎn)生不同的亮度。LT3922 的內(nèi)部調(diào)光功能可用于在接近或略低于 100% 占空比時(shí)進(jìn)行亮度微調(diào)，然后設(shè)置為準(zhǔn)確的 10:1 或 100:1 比率。這可以使燈組制造商免于為專門分檔的 LED 支付額外費(fèi)用。

當(dāng)需要更高的調(diào)光比時(shí)，LT3922 可以以通常的方式從外部調(diào)光。圖 2 中的高帶寬 400kHz 降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器在 100Hz 下產(chǎn)生 1000:1 的 PWM 調(diào)光比。圖 1 中的 2MHz 升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器可以在 120Hz 下實(shí)現(xiàn) 2000:1 的調(diào)光比，如圖 7a 所示。通過在 RP 引腳上放置一個(gè) 122Hz 頻率電阻器并將 PWM 引腳電壓設(shè)置在 1.0V 和 2.0V 之間，可以為內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光設(shè)置相同的電路，以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 128:1 的調(diào)光，如圖 7b 所示。在某些應(yīng)用中，LT3922 可以設(shè)置為使用高達(dá) 5000:1 的外部 PWM 調(diào)光，并且 PWM 調(diào)光可以與 LT3922 的模擬調(diào)光相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)超過 50,000:1 的亮度控制

圖 7. (a) 圖 1 中外部生成的 2000:1 或 4000:1 PWM 調(diào)光和 (b) 圖 1 中內(nèi)部生成的 128:1 PWM 調(diào)光。

機(jī)器視覺

在工業(yè)裝配線應(yīng)用中，機(jī)器視覺（圖 8）使用高速數(shù)字?jǐn)z影結(jié)合數(shù)字圖像處理提供設(shè)備的快速視覺反饋。這有助于在很少或無需人工檢查的情況下快速識別和隔離有缺陷的產(chǎn)品。用于機(jī)器視覺系統(tǒng)的照明必須與裝配線流程的速度同步，同時(shí)保持在無限期關(guān)閉時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一致光脈沖的能力。

圖 8. 裝配線系統(tǒng)概覽與機(jī)器視覺應(yīng)用。

傳統(tǒng)的 LED 驅(qū)動(dòng)器在 PWM 輸入信號保持低電平一段時(shí)間后無法保持其輸出電壓。這是由于輸出電容器逐漸放電，使得通用 LED 驅(qū)動(dòng)器不適合這些類型的應(yīng)用。然而，LT3922 在 PWM 信號的下降沿期間對轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字采樣。然后，它通過在 PWM 關(guān)斷時(shí)間內(nèi)執(zhí)行“維護(hù)開關(guān)”，而 LED 被高端 PMOS 斷開連接，從而在延長關(guān)斷時(shí)間內(nèi)保持其輸出電壓。在100Hz以上頻率的標(biāo)準(zhǔn)PWM調(diào)光過程中，最長關(guān)斷時(shí)間為10ms或更短，此時(shí)可以拉斷輸出的漏電流很小。機(jī)器視覺和頻閃應(yīng)用可能有 100 毫秒到 5 秒（或更長時(shí)間）之間的長時(shí)間關(guān)閉，

維護(hù)開關(guān)確保輸出電容器保持在 LT3922 的前一個(gè)采樣周期期間記錄的電壓。假設(shè)向 IC 提供不間斷的輸入電源，轉(zhuǎn)換器狀態(tài)的數(shù)字樣本將無限期存儲。這允許 LT3922 在任何給定的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)具有一致的輸出電流波形，如圖 9 所示。

圖 9. 無論空閑還是停機(jī)時(shí)間，相機(jī)閃光燈波形看起來都一樣。波形顯示 10ms 和 1 小時(shí)后的脈沖。閑置一小時(shí)后，閃光燈看起來與閑置 10 毫秒后相同。這些結(jié)果適用于圖 1 所示的電路。

結(jié)論

LT3922 36V LED 驅(qū)動(dòng)器具有內(nèi)部、同步、2A 開關(guān)，是一款緊湊且通用的 LED 驅(qū)動(dòng)器。它可以輕松用于升壓、降壓和升壓-降壓拓?fù)?。無論拓?fù)淙绾危乃泄δ芏伎捎?，包括?PWM 調(diào)光能力和內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光。借助 Silent Switcher 布局和 SSFM，可以輕松實(shí)現(xiàn)低 EMI。其緊湊的同步開關(guān)即使在高達(dá) 2MHz 的頻率下也能保持高效率。憑借強(qiáng)大的故障保護(hù)，該 IC 可輕松滿足汽車其他要求苛刻的應(yīng)用的要求。