在許多照明應用中，人們都采用了能夠產生已調大電流脈沖的功率驅動器，從DLP 投影機中的大電流 LED到高功率激光二極管等等。例如：在高端視頻投影機中，高功率 LED 用于產生彩色照明。這些投影機中的RGB LED 需要精準的調光控制以實現(xiàn)準確的彩色混合 ── 在該場合中，除了簡單的 PWM 調光以外，還能夠提供更多的控制功能。通常，為了實現(xiàn)彩色混合中所要求的寬動態(tài)范圍，LED 驅動器必須要能夠在兩種完全不同的已調峰值電流狀態(tài)之間快速切換，并疊加 PWM 調光而不造成任何損壞。LT3743 能夠滿足這些苛刻的準確度和速度要求。
LT3743 是一款同步降壓型 DC/DC 控制器，它運用固定頻率、平均電流模式控制，以通過一個與電感器相串聯(lián)的檢測電阻器準確地調節(jié)電感器電流。在一個 0V 至“低于輸入電壓軌 2V”的輸出電壓范圍內，LT3743 能夠以 ±6% 的準確度來調節(jié)任意負載中的電流。
通過把準確的模擬調光 (高光度狀態(tài)和低光度狀態(tài)) 與 PWM 調光組合起來，實現(xiàn)了精準、寬范圍的 LED 電流控制。模擬調光通過 CTRL_L、CTRL_H 和 CTRL_T 引腳來控制；PWM 調光則通過 PWM 和 CTRL_SEL 引腳來控制。通過采用在外部進行開關操作的負載電容器這種獨特的做法，LT3743 實現(xiàn)了高和低模擬狀態(tài)之間的快速變換，從而能夠在幾 μs 的時間內改變已調 LED 電流水平。開關頻率可以在 200kHz 至 1MHz 的范圍內進行設置 (通過采用一個外部電阻器) 和同步至一個頻率范圍為300kHz 至1MHz 的外部時鐘。
開關輸出電容器拓撲結構
在傳統(tǒng)的電流調節(jié)器中，負載兩端的電壓存儲于輸出電容器之中。如果負載電流突然改變，則輸出電容器中的電壓必須進行充電或放電以與新的已調電流相匹配。在轉換期間，負載中的電流未得到良好的控制，因而導致了緩慢的負載電流響應時間。
LT3743 通過采用一種獨特的開關輸出電容器拓撲結構解決了這一問題，該拓撲結構實現(xiàn)了超快的負載電流上升和下降時間。這種拓撲結構背后的基本概念是：LT3743 起一個已調電流源的作用，負責向負載提供驅動電流。對于某個給定的電流，負載兩端的電壓降存儲于第一個開關輸出電容器中。當需要一種不同的已調電流狀態(tài)時，將第一個輸出電容器關斷，并接通第二個電容器。這使得每個電容器能夠存儲與期望已調電流相對應的負載電壓降。
圖 1 示出了具有各種控制引腳的基本拓撲結構。PWM 和 CTRL_SEL 引腳為數字控制引腳，用于確定已調電流的狀態(tài)。CTRL_H 和 CTRL_L 引腳是具有一個 0V 至 1.5V 全標度范圍的模擬輸入，可在電流檢測電阻器兩端產生一個 0mV 至 50mV 的已調電壓。
圖 1：基本的開關電容器拓撲結構
圖 2 示出了對應于 PWM 和 CTRL_SEL 引腳各種不同狀態(tài)的定時波形。當 PWM 為低電平時，所有的開關操作將被終止，而且兩個輸出電容器均與負載斷接。
圖2：LED 電流 PWM 和 CTRL_SEL 調光
盡管 LT3743 可以采用開關輸出電容器來配置，但它能夠很容易地適應任何傳統(tǒng)的模擬和/或 PWM 調光方案[!--empirenews.page--]
開關周期同步
LT3743 使所有的開關脈沖邊沿同步至 PWM 和 CTRL_SEL 上升沿。同步賦予了系統(tǒng)設計師采用任意周期或非周期 PWM 調光脈沖寬度和占空比的自由度。對于大電流 LED 驅動器而言，這是從零電流或低電流狀態(tài)恢復至高電流狀態(tài)過程中必不可少的特點。通過在 CTRL_SEL 或 PWM 信號變至高電平時重新起動時鐘，電感器電流將立即開始斜坡上升，而無須等待一個時鐘上升沿。未采用同步時，時鐘脈沖沿和 PWM 脈沖沿的相位關系將不受控制，因而有可能在 LED 光輸出中引起明顯的抖動。當采用一個具 SYNC 引腳的外部時鐘時，開關周期將在 8 個開關周期之內重新同步至外部時鐘。
一款適合高端 DLP 投影機、采用開關輸出電容器的 24V、20A LED 驅動器。高端 DLP 投影機要求極高質量的圖像和彩色重現(xiàn)。為了實現(xiàn)高的彩色準確度，各個 LED 當中的彩色偏差是通過混入其他兩個彩色 LED 的色彩來校正的。例如：當紅光 LED 處于滿電流導通狀態(tài)時，藍光和綠光 LED 將以低電流水平接通，這樣它們就能夠被混入以產生準確的紅光。這種方法需要具備在較低 (約 2A) 和較高 (約 20A) LED 電流之間進行快速轉換的能力，以保持 PWM 調光脈沖沿。圖 3 示出了一款專供高端 DLP 投影機使用的 24V/20A LED 驅動器。
圖3：采用開關輸出電容器的 24V/20A LED 驅動器
450kHz 的較低開關頻率允許使用一個非常小的 1.0μH 電感器。在 25% 紋波電流條件下，高電流狀態(tài)與低電流狀態(tài)之間的轉換時間大約為 2μs。1mF 的大輸出電容器存儲了兩種不同電流狀態(tài)下 LED 兩端的電壓降，并提供了MOSFET 調光開關接通時的瞬時電流。對于實現(xiàn)快速 LED 電流轉換來說，采用幾個并聯(lián)的低 ESR 電容器是至關緊要的。
已調高電流和低電流由連接在 VREF 引腳與 CTRL_L 和CTRL_H 引腳之間的分壓器來設定。VREF 引腳上的 ±2%、2V 基準還用于提供溫度降額電路施加在 CTRL_T 引腳上的基準信號 (見下文中的“LED 電流的熱降額”)。
為了減小有可能很大的啟動電流，LT3473 采用了一種可壓制已調電流的獨特軟起動電路，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水平之間的轉換時間，LT3743 運用了針對每種電流水平的單獨補償，這樣電流控制環(huán)路就可以盡可能快地恢復穩(wěn)態(tài)操作。圖 4 示出了從 0A～2A 至 20A 的 LED 電流階躍。
圖4：0A ~ 2A 至 20A 的 LED 電流階躍
寬PWM 占空比范圍內的高效率
在便攜式 DLP 投影機中，功率耗散是一個極其重要的設計參數。與目前市面上銷售的許多并聯(lián)型大電流 LED 驅動器不同，LT3743 在一個寬 PWM 占空比范圍內擁有卓越的效率。通過只把功率輸送至負載，而不是將功率旁路掉或者給輸出電容器充電，常見的傳統(tǒng) PWM 調光型驅動器中損失的大部分能量可以節(jié)省下來。圖 5 示出了當 VIN = 12V、并以 0A 至 20A 電流驅動一個綠光 LED 時，整個占空比范圍內的效率變化情況。
圖5：12V、20A PWM 調光效率 (采用一個綠光LED)[!--empirenews.page--]
停機和精準啟用
當輸送大負載電流時，執(zhí)行正確操作所需的電源欠壓閉鎖 (UVLO) 遲滯值在很大程度上取決于電路板布局。為了獲得最大的靈活性，LT3743 具有一個精準的啟用門限，而且在 EN/UVLO 引腳電壓低于 1.55V 時將有一個 5.5μA 電流源流入該引腳。在輸入電源和地之間使用一個分壓器，即可給系統(tǒng)增加任意遲滯值。為了在便攜式應用中實現(xiàn)節(jié)能，當 EN/UVLO 引腳電壓低于 0.5V 時，LT3743 將被完全停用，且電源電流將減小至 1μA 以下。
LED 電流的熱降額
當存在任何大電流負載時，對于保護昂貴的大電流 LED 和避免發(fā)生遍及整個系統(tǒng)的損壞而言，正確的熱管理是極為重要的。針對高和低控制電流，LT3743 采用 CTRL_T 引腳來減小負載中的有效已調電流。當 CTRL_T 引腳電壓低于 CTRL_L 或 CTRL_H 引腳上的控制電壓時，已調電流將被減小。溫度降額采用一個連接在 VREF 引腳和地之間的溫度相關電阻分壓器來設置。
輸出電壓保護
輸出電壓保護功能對于防止昂貴的投影機 LED 受損是很重要的。LT3743 利用 FB 引腳來提供一個針對輸出的已調電壓點。出于簡化系統(tǒng)設計的目的，LT3743 采用了一個內部 1V 基準，以在 FB 引腳電壓達到 900mV 時緩緩地減小已調電流。
強大的柵極驅動器
為了提供足夠的驅動能力并減少大電流功率 MOSFET 中的開關損失，LT3743 采用了非常強大的開關MOSFET 驅動器。LG 和 HG PMOS 上拉驅動器的接通電阻通常為 2.5Ω。LG 和 HG NMOS 下拉驅動器的接通電阻一般小于 1.3Ω。在接通電阻如此之低的情況下，對于超過 20A 的應用，可以將兩個大電流 MOSFET 并聯(lián)起來使用。目前市面上的大多數 LED 驅動器未提供調光 MOSFET 所需的足夠柵極驅動能力，因而需要增設一個外部柵極驅動器。LT3743 將之集成在 PWMGL 和 PWMGH 驅動器中，并具有一個典型接通電阻為 2Ω 的 NMOS 下拉驅動器和一個典型接通電阻為 3.7Ω 的 PMOS 上拉驅動器，以驅動任何 5V 調光 MOSFET。
傳統(tǒng)的 PWM 調光
LT3743 適應任何傳統(tǒng)的 PWM 調光方法。同類競爭 LED 驅動器所采用的并聯(lián)輸出調光會造成能量的浪費，而且在 LED 占空比低于約 50% 時效率欠佳。由于 LT3743 具有兩種電流調節(jié)水平，因此當分路被占用時已調電流可下降至零。即使在低 LED 占空比條件下，這也能提供出色的效率。[!--empirenews.page--]
圖 6 示出了一款配置有一個電流受限并聯(lián)輸出的 2A LED 驅動器。請注意：CTRL_L 引腳連接至地，PWMGL 引腳用于驅動并聯(lián) MOSFET，而CTRL_SEL 引腳則用于調光。在 CTRL_L 引腳接地的情況下，當 CTRL_SEL 引腳為低電平時，則分路被占用，而且電感器中的電流被調節(jié)于 0A。當 CTRL_SEL 引腳為高電平時，并聯(lián) MOSFET 被關斷，且已調電流由 CTRL_H 引腳上的電壓來確定。圖 7 示出了采用一個 12V 輸入時的電流受限并聯(lián) PWM 調光。
圖 6：具電流受限并聯(lián)輸出的 6V 至 36V 輸入、2A LED 驅動器
圖7：0A 至 2A 電流受限并聯(lián)輸出 PWM 調光
除了并聯(lián)之外，LT3743 還可容易地通過配置以驅動與 LED 的負極相串聯(lián)的調光 MOSFET。當不需要多種電流狀態(tài)時，這是優(yōu)選的 PWM 調光方法。圖8 示出了一款采用轉換負極 PWM 調光的 6V 至 30V、20A LED 驅動器。圖 9 示出了 0A 至 20A 電流階躍和 100:1 調光比條件下的轉換負極 PWM 調光。
圖8：采用轉換負極 PWM 調光的 6V 至 30V、20A LED 驅動器
圖9：0A 至 20A 轉換負極 PWM 調光
結論
LT3743 實現(xiàn)了超快的大電流 LED 上升時間，并提供了準確的電流調節(jié)。由于它具備支持多種電流狀態(tài)的能力，因此通過實現(xiàn) LED 彩色的簡易混合而滿足了高性能影院級 DLP 投影機的要求。除了速度以外，通過允許使用一個緊湊型低值電感器，LT3743 的開關電容拓撲結構還縮減了電路板的外形尺寸。其他特點包括開關周期同步、過壓保護、高效率以及輕松適應各種應用需求的能力。
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