大電流4通道LED驅(qū)動(dòng)器LT3476及其應(yīng)用
IX3476是凌力爾特公司最新推出的4通道DC-DC轉(zhuǎn)換器。它的每個(gè)通道都能驅(qū)動(dòng)多達(dá)8個(gè)串聯(lián)的1 A發(fā)光二極管(LED)，因而能驅(qū)動(dòng)多達(dá)32個(gè)l A LED，同時(shí)具有高達(dá)96％的效率。4個(gè)通道中的每一個(gè)都由獨(dú)立的真正彩色PWM信號(hào)控制，從而對(duì)每個(gè)通道都能以高達(dá)l 000：l的調(diào)光比進(jìn)行獨(dú)立調(diào)光。采用固定頻率和電流模式結(jié)構(gòu)可確保它在寬電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。頻率調(diào)節(jié)引腳能使用戶在200 kHz～2 MHz的范圍內(nèi)對(duì)頻率進(jìn)行編程，以優(yōu)化效率，同時(shí)也可以最大限度地減小外部器件的尺寸。采用耐熱增強(qiáng)型5 mmx7 mm QFN封裝，有助于解決100 W LED應(yīng)用中占板面積和高度的緊湊問題。
LT3476是在LED的高壓側(cè)檢測(cè)輸出電流的，因此是一個(gè)靈活性最高的LED驅(qū)動(dòng)方案，可提供降壓、升壓或降壓／升壓型配置。在105 mV的全標(biāo)度值條件下，將每個(gè)電流監(jiān)視器的門限準(zhǔn)確度修正至2．5％以內(nèi)，用戶就能利用一個(gè)外部檢測(cè)電阻器來設(shè)置每個(gè)通道的輸出電流范圍。4個(gè)穩(wěn)壓器均由對(duì)應(yīng)信道的PWM信號(hào)來獨(dú)立操作。該P(yáng)WM可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)LED信號(hào)源的混色或調(diào)光比，其調(diào)光比可高達(dá)1 000：1。
2 性能特點(diǎn)
LT3476的特點(diǎn)是：①采用True Color PWMTM調(diào)光，可提供高達(dá)l 000：1的調(diào)光比；②采用高壓側(cè)檢測(cè)，進(jìn)行LED電流調(diào)節(jié)；③VADJ引腳可在10~120 mV范圍內(nèi)準(zhǔn)確設(shè)定LED電流的檢測(cè)門限；④具有4個(gè)1．5 A，36 V內(nèi)部NPN開關(guān)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器通道；⑤頻率調(diào)節(jié)引腳范嗣為200 kHz~2 MHz；⑥轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96％；⑦具有開路LED保護(hù)；⑧在運(yùn)行模式下，低靜態(tài)電流為22 mA，在停機(jī)模式下低靜態(tài)電流小于10μA；⑨輸入電壓范圍寬，UIN=2．8～16V；⑩采用耐熱增強(qiáng)型38引腳5 mmx7 mm QFN封裝。
3 引腳功能說明
LT3476采用38引線，5 mmx7 mm QFN封裝。圖l給出其引腳配置圖。其中，VCl，VC4，VC3，VC2(引腳1、12、13、38)為誤差放大器的補(bǔ)償端；LEDl，LED2，LED3，LED4(引腳2，5，8，11)為電流檢測(cè)誤差放大器的同相輸入端；CAPl，CAP2，CAP3，CAP4(引腳3，4，9，10)為電流檢測(cè)誤差放大器的反相輸入端；RT(引腳6)為振蕩器的頻率設(shè)置端；REF(引腳7)為基準(zhǔn)輸出端；VADJ4，VADJ3，VAD2，VADJ1(引腳14，15，36，37)為L(zhǎng)ED的電流調(diào)節(jié)端；PWM4，PWM3，PWM2，PWMl(引腳16，17，34，35)為低電平信號(hào)端，用于關(guān)閉通道，停用主開關(guān)：SHDN(引腳18)為停機(jī)端，當(dāng)該引腳上的電壓高于1．5 V時(shí)，該器件接通；NC(引腳19，20，21，30，31，32)未使用端，為更好地散熱，需與接地引腳39連接；SW4，SW3，SW2，SWl(引腳22，23，24，25，26，27，28，29)為開關(guān)引腳端；VIN(引腳33)為輸入電源引腳端；GND(引腳39)為電源及信號(hào)地端。
4 功能描述
圖2示出LT3476的結(jié)構(gòu)框圖。LT3476是一款具有內(nèi)部電源開關(guān)的恒頻率電流模式穩(wěn)壓器。在每個(gè)振蕩周期的起點(diǎn)，設(shè)定SR鎖存器，接通主電源開關(guān)VQ1，其電壓則隨VQ1的電流成比例增減，并施加至一穩(wěn)定的斜坡信號(hào)上，其最終值反饋給PWM比較器A2的極端。當(dāng)該電壓高于A2負(fù)極上的輸入電壓時(shí)，SR鎖存器復(fù)位，關(guān)斷電源開關(guān)。A2負(fù)極上的輸入電壓是由誤差放大器A1提供的，其大小取決于內(nèi)部電阻RSET兩端電壓與外部電流檢測(cè)電阻RSNS兩端電壓之差。以此方式使Al設(shè)置正確的峰值開關(guān)電流，用以調(diào)節(jié)流過RSNS上的電流。VQ1上的輸出電流則隨A1輸出的增加而增加，隨Al輸出的減少而減少。
通過VADJ輸入引腳改變RSET兩端電壓，可以調(diào)整RSNS上的電流大小。通過放大器A4可調(diào)整VQ3的輸出電流，使RSET兩端生成一個(gè)與VADJ相等的電壓，并使CAP引腳上的輸入電壓為VADJ輸入的1／10。當(dāng)A4的輸入電壓為1．25 V時(shí)，RSET上的電壓典型極限值為125 mV。采用PWM引腳來調(diào)整RSNS上的平均電流，以便對(duì)LED照明調(diào)光。當(dāng)PWM引腳為低電平時(shí)，禁止VQ1操作，關(guān)斷A1，所以它不會(huì)驅(qū)動(dòng)VC引腳。此時(shí)，所有VC引腳上的內(nèi)部載荷均停用，這樣外部補(bǔ)償電容器上將保存VC引腳的充電狀態(tài)。當(dāng)PWM引腳上的電平由低變高時(shí)，開關(guān)所需電流將恢復(fù)至PWM上一次變換至低電平之前的數(shù)據(jù)，該功能可減少瞬變恢復(fù)時(shí)間。
5 典型應(yīng)用
圖3給出用于驅(qū)動(dòng)四路l Ax8 LED時(shí)LT3476的典型應(yīng)用。
5．1 開關(guān)頻率設(shè)置
LT3476的開關(guān)頻率取決于一個(gè)連接在RT引腳與GND之間的外部電阻器。RT引腳不能開路，也不能連接電容器，必須始終連接一只電阻。開關(guān)頻率fc與RT的阻值大小有關(guān)。當(dāng)fc=200 kHz時(shí)，RT=140 kΩ；當(dāng)fc=400 kHz時(shí)，RT=61．9 kΩ；當(dāng)fc=1 MHz時(shí)，RT=21 kΩ；當(dāng)fc=12MHz時(shí)，RT=16．2kΩ；當(dāng)fc=2MHz時(shí)，RT=8．25kΩ。
一般來說，在需要很高或很低開關(guān)占空比操作時(shí)，或者希望獲得較高效率時(shí)，應(yīng)采用較低的開關(guān)頻率。若選擇較高的開關(guān)頻率，應(yīng)使用數(shù)值較小的外部元件，以實(shí)現(xiàn)較小的外形尺寸。然而對(duì)高頻下的PWM調(diào)光，因?yàn)檩^高的開關(guān)頻率(較短的開關(guān)周期)只需在每個(gè)開關(guān)周期起點(diǎn)處一個(gè)很窄的時(shí)隙中對(duì)PWM引腳的狀態(tài)進(jìn)行采樣，所以能實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)光控制。
5．2 電感選擇
用于LT3476的電感，其額定飽和電流應(yīng)為2．5 A或更大。為了獲得最佳閉環(huán)穩(wěn)定性效果，選定的電感值應(yīng)能提供一個(gè)350 mA或更大的紋波電流。對(duì)于降壓或升壓型配置而言，在RT引腳使用一個(gè)2lkΩ電阻的情況下(TSW≈1μs)，大多數(shù)應(yīng)用表明。電感的推薦值在4．7~10μH之間。在降壓模式中，電感值的估計(jì)算式為：
式中：DBUCK=VLED/VCAP；VLED為L(zhǎng)ED串兩端的電壓；VCAP為電壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓；TSW為LED驅(qū)動(dòng)器開關(guān)引腳的開關(guān)周期，單位為μs。
在升壓模式中，電感值的估算公式為：
5．3 輸入輸出電容器的選擇
為了運(yùn)行可靠，應(yīng)在LT3476的VIN引腳附近設(shè)置一個(gè)與地連接的lμF或更大的旁路電容器(最好選擇陶瓷電容器)。對(duì)于降壓型配置來說，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時(shí)，因肖特基二極管返回的電流會(huì)在功率轉(zhuǎn)換器的輸入電容器上產(chǎn)生較大的脈沖電流，所以應(yīng)選擇較低等效串聯(lián)電阻值(ESR)和等效串聯(lián)電感值(ESL)的電容器，并使其滿足紋波電流的要求。通常可在靠近肖特基二極管與接地平面處設(shè)置一個(gè)2．2μF的陶瓷電容器。輸出濾波電容器的選擇取決于負(fù)載的大小以及配置升壓型轉(zhuǎn)換器還是降壓型轉(zhuǎn)換器。對(duì)LED的應(yīng)用來說，發(fā)光二極管的等效電阻比較低，因此選擇輸出濾波電容器時(shí)，應(yīng)盡量將電感產(chǎn)生的紋波電流衰減至35 mA以下。所需電容值的估算公式為：
式中：TSW為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器開關(guān)引腳的開關(guān)周期；RLED為L(zhǎng)ED串的等效電阻值，當(dāng)RLED=5Ω，TSW=lμs時(shí)，濾波電容的典型值為0．47μF。
為實(shí)現(xiàn)環(huán)路的穩(wěn)定性，假設(shè)輸出極點(diǎn)位于閉環(huán)增益為1的頻率上，這樣用于環(huán)路補(bǔ)償?shù)闹鳂O點(diǎn)將取決于VC輸入端的電容器。
對(duì)于LED的升壓應(yīng)用，由于源電流的脈動(dòng)特性，所需的濾波電容器數(shù)值約為上述計(jì)算值的5倍。因此對(duì)于每個(gè)通道來說，往往在靠近肖特基二極管與IC接地平面處設(shè)置一個(gè)2．2μF陶瓷型電容器就足夠了。
5．4 LED電流調(diào)節(jié)
可通過一個(gè)與負(fù)載串聯(lián)的外部檢測(cè)電阻來調(diào)節(jié)LED的電流。該方法在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的過程中能檢測(cè)多個(gè)并聯(lián)LED串中的一個(gè)，并能保持較好的準(zhǔn)確度。VADJ輸入引腳負(fù)責(zé)把外部檢測(cè)電阻器兩端的電壓門限值設(shè)定在10~120 mV之間。REF引腳提供一個(gè)1．05 V的基準(zhǔn)輸出電壓，并通過電阻分壓器或直接連接用于驅(qū)動(dòng)VADJ引腳，以提供105 mV的全標(biāo)度電流，也可采用一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動(dòng)VADJ引腳。VADJ引腳不能置于開路狀態(tài)。如果VADJ的輸入與一個(gè)高于1．25 V的電壓相連，則CAP與LED兩端的缺省調(diào)節(jié)門限為125 mV。VADJ引腳也可外接一PTC熱敏電阻，以對(duì)LED負(fù)載進(jìn)行過熱保護(hù)。圖4示出過熱保護(hù)電路。
5．5 調(diào)光控制
采用LT3476控制調(diào)光電流源的方法有兩種。一是LED的常用方法。它采用PWM引腳把電流源調(diào)整在零電流與滿電流之間，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)精準(zhǔn)編程的平均電流。為了使這種電流控制方法更加準(zhǔn)確，在靜態(tài)期間，把需要的開關(guān)電流存儲(chǔ)于VC節(jié)點(diǎn)上。當(dāng)PWM信號(hào)變至高電平時(shí)，該功能將最大限度地縮減恢復(fù)時(shí)間。最小的PWM接通或關(guān)斷時(shí)間取決于通過RT引腳所選擇的工作頻率。為了獲得最佳的電流準(zhǔn)確度，最小的PWM低電平或高電平時(shí)間至少為10個(gè)開關(guān)周期。遵循該準(zhǔn)則有兩個(gè)原因：其一是為了在關(guān)斷前使輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)，其二是振蕩器未被同步至PWM信號(hào)，而且在從PWM走高到開關(guān)操作開始之間可能存在長(zhǎng)達(dá)1個(gè)開關(guān)周期的延遲，不過該延遲并非使用于PWM信號(hào)的負(fù)變換。如果在LED電流通路中使用一個(gè)斷接開關(guān)，則最小的PWM低電平／高電平時(shí)間可被縮短至5個(gè)開關(guān)周期。第二種方法是采用VADJ引腳在PWM高態(tài)期間對(duì)電流檢測(cè)門限進(jìn)行線形調(diào)節(jié)。LED電流的編程功能增強(qiáng)了PWM調(diào)光控制能力，有可能使總調(diào)光范圍擴(kuò)大10倍。
6 結(jié)語
半導(dǎo)體照明正在引發(fā)世界范圍內(nèi)照明光源的一場(chǎng)革命。作為新型高效固體光源，半導(dǎo)體照明具有長(zhǎng)壽命、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富、微型化等優(yōu)點(diǎn)，將成為人類照明史上的又一次飛躍。LED驅(qū)動(dòng)器是半導(dǎo)體照明能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。由于LT3476可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多達(dá)32個(gè)1 A LED，并能使用PWM信號(hào)方便地以高達(dá)l 000：l的調(diào)光比進(jìn)行調(diào)光，因此它的出現(xiàn)必將加速大功率白光LED在照明領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。
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