通過把同步降壓型 LED 驅(qū)動器用作升壓模式轉(zhuǎn)換器來限制功率損耗

當(dāng)高功率 LED (例如：10A 至 40A 投影機 LED) 所需的電流使異步轉(zhuǎn)換器中的組件承受過應(yīng)力時，通常采用同步降壓型轉(zhuǎn)換器驅(qū)動器。同步整流可限制由于轉(zhuǎn)換器開關(guān)中的高電流所引起的功率損耗和溫升。同步整流在高功率升壓型 LED 驅(qū)動器中能夠提供相同的好處，即使對于 1A 至 3A LED 也不例外。與降壓型轉(zhuǎn)換器不同的是，升壓型轉(zhuǎn)換器的峰值開關(guān)電流可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 LED 電流，特別是在輸出功率很高和輸入電壓很低的時候。

在很多場合中，同步升壓型 LED 驅(qū)動器不可用于某種特定的應(yīng)用。對于部分此類情形而言，可以采用一個同步降壓型 LED 驅(qū)動器 IC，但其將不充當(dāng)一個降壓型轉(zhuǎn)換器，而是起一個升壓模式 (boost mode*) LED 驅(qū)動器的作用。

以 LT3744 40V 同步降壓型 LED 驅(qū)動器為例，其專為驅(qū)動用于投影機的高電流 LED 而設(shè)計。該器件具有一個多用途的浮動 VEE 輸出，因而允許其在高電流降壓應(yīng)用以及把高電流 LED 的正極連接至地以滿足散熱要求的正至負(fù) (降壓-升壓型) 拓?fù)渲惺褂?。正是這種浮動 VEE 特性使得我們能夠?qū)⑦@款原本是為降壓應(yīng)用而設(shè)計的器件實際上用作一個同步升壓模式 LED 驅(qū)動器。

LT3744 升壓模式 LED 驅(qū)動器

圖 1 所示的 LT3744 同步升壓模式 LED 驅(qū)動器可采用一個汽車輸入 (9V ~ 16V) 來調(diào)節(jié)一個 3A、25V (75W) LED 燈串，并提供了 98% 的效率。即使在這一功率級別下，采用 12V 輸入時的最大組件溫升僅為 45°C，如圖 2 所示。該 IC 可實現(xiàn)簡易的 10:1 模擬調(diào)光和 100:1 PWM 調(diào)光實施方案 (在 120Hz 和采用接地參考輸入信號時)，即使 LED 燈串和 PWM 調(diào)光 MOSFET 均未連接至 GND 也不例外。

圖 1：升壓模式 9V~16V 輸入至 25V、3A LED 驅(qū)動器 (效率達(dá) 98%)

圖 2：升壓模式 LED 熱掃描顯示了低溫升操作

雖然 5mΩ 檢測電阻器在該應(yīng)用中設(shè)定了一個 10A 的峰值開關(guān)電流，但該解決方案也可更改為采用一個 6V 輸入和一個 15A 峰值開關(guān)電流來運作;使用了一個數(shù)值合適的電感器和一個降低的欠壓閉鎖。

LT3744 上的負(fù) VEE 電源軌能夠達(dá)到 −21V。LT3744 通過處理接地參考輸入控制信號的電平移位簡化了設(shè)計。一個簡單的接地參考 PWM 輸入信號被電平移位至 PWMOUT，因此不需要采用額外的電平移位電路來控制 PWM MOSFET。同樣，LED 電流設(shè)定檢測電阻器可直接連接至負(fù) VEE 電源軌，一直到低至 −21V。

經(jīng)過電平移位的 GND 和 VEE

LT3744 LED 驅(qū)動器的電平移位、正至負(fù)轉(zhuǎn)換特性是專為支持高電流接地正極 LED 驅(qū)動器而設(shè)計的。盡管如此，相同的特性亦可用于將 LED 燈串連接在 VIN 和一個負(fù) VEE 電位之間的升壓模式應(yīng)用。由于 LED 檢測電阻器和 PWM 調(diào)光 MOSFET 均安放于 LED 燈串的底部，因此來自接地參考 PWM 輸入的電平移位 PWMOUT 信號產(chǎn)生了一種看起來并不比傳統(tǒng)升壓 PWM 調(diào)光設(shè)置復(fù)雜的拓?fù)?。輸入?cè)看似一個簡單的 LED 驅(qū)動器，而且不管負(fù) VEE 處在什么位置，CTRL 模擬調(diào)光、SYNC 輸入和使能輸入均參考于信號 GND。

LT3744 的 VEE 可一直降到低至 −21V。對于 25V VLED 應(yīng)用，開路 LED 過壓保護(hù)設(shè)定在約 26.5V。對于 25V VLED 升壓模式應(yīng)用而言，在考慮到一定的開路 LED 過沖的情況下，這將在負(fù) VEE 變至超過 −21V 限值之前把 VIN 最小值限制在 6V 左右。為了能在最低 6V 的輸入條件下運作，圖 1 中的解決方案需要一個較低的欠壓閉鎖和一個能夠容納 15A 峰值開關(guān)電流限值的檢測電阻器和電感器。對于較低 VLED 燈串 (在任何電流水平)，只需進(jìn)行一些簡單的調(diào)整即可把最小輸入電壓降至 4V VIN。

關(guān)于升壓模式的更多信息

升壓模式轉(zhuǎn)換器擁有許多與傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器相同的特性。如圖 3 所示，除了與眾不同的拓?fù)溥B接和高端開關(guān) S1 (而不是低端開關(guān)) 的主控制之外，這款升壓模式轉(zhuǎn)換器具有與傳統(tǒng)升壓型轉(zhuǎn)換器相同的占空比、紋波電流和電壓應(yīng)力。如果不需要同步整流，則可把一個異步降壓型穩(wěn)壓器用作升壓模式驅(qū)動器，并像在傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器中那樣用一個典型的箝位二極管 D1 來替代 S2。

圖 3：升壓模式電流紋波、占空比和電壓應(yīng)力與傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器相同

圖 4 中的增益–相位博德圖表示：甚至連升壓模式轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路的作用都類似于一個傳統(tǒng)的升壓型穩(wěn)壓器。當(dāng)交叉頻率為 10kHz、相位余量為 60° 和增益裕度為 −15dB 時，圖 1 所示的 LED 驅(qū)動器能夠保持穩(wěn)定和可靠。

圖 4：升壓模式控制環(huán)路增益和相位顯示了典型帶寬。

結(jié)論

同步整流是一種通常被要求用來限制高功率 LED 驅(qū)動器中的功率損耗之特性。如本文所述，可把一個同步降壓型 LED 驅(qū)動器用作升壓模式轉(zhuǎn)換器，從而利用該特性在高性能降壓型穩(wěn)壓器 IC 中的廣泛可用性。特別地，LT3744 同步降壓型 LED 驅(qū)動器可被用作一個高效率 9V ~ 16V 輸入、25V LED 3A 升壓模式 LED 驅(qū)動器，對于 75W 轉(zhuǎn)換器可實現(xiàn) 98% 的效率。該器件擁有根據(jù)需要來對控制信號進(jìn)行電平移位 (從 SGND 至 –VEE) 的獨特能力，因而使得能夠造就一種所需組件并不比傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器多的浮動升壓模式拓?fù)洹?/p>

注：

該 Boost mode 是一項正待專利審議的技術(shù)。