具有精確±3%滿量程電流檢測(cè)的20A LED驅(qū)動(dòng)器適用于多種應(yīng)用

作者：Joshua Caldwell and Hua (Walker) Bai

快速發(fā)展的 LED 照明應(yīng)用正在取代近 所有傳統(tǒng)的照明形式。隨著這種轉(zhuǎn)變 加速，LED驅(qū)動(dòng)器的功率要求增加， 更高的電流使其維護(hù)更具挑戰(zhàn)性 在不犧牲效率的情況下實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)精度。發(fā)光二極管 驅(qū)動(dòng)程序在管理當(dāng)前交付時(shí)必須執(zhí)行此操作 高速下多個(gè)獨(dú)立的LED負(fù)載，并且能夠 連接具有精確均流功能的并聯(lián)驅(qū)動(dòng)器。

一些高功率LED具有獨(dú)特的機(jī)械和電氣考慮因素，其中陽極與導(dǎo)熱后蓋板電連接。在采用降壓穩(wěn)壓器配置的傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)器中，通過冷卻機(jī)箱來實(shí)現(xiàn)熱管理，陽極與后蓋的連接帶來了機(jī)械電氣設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。后蓋板必須對(duì)散熱器具有良好的導(dǎo)熱性，但如果后蓋板處的電壓與機(jī)箱不同，則后蓋板也必須與其電氣隔離。由于LED制造商很難改變工藝或封裝，LED驅(qū)動(dòng)器本身必須滿足這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

一種選擇是使用 4 開關(guān)正降壓-升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，但額外的開關(guān)MOSFET增加了系統(tǒng) 復(fù)雜性和成本。一種反相降壓-升壓拓?fù)?僅使用一組開關(guān)功率MOSFET，并允許 陽極散熱器以電氣和機(jī)械方式直接連接到機(jī)箱接地， 無需電氣隔離器 在散熱器上，并簡(jiǎn)化 系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)。

為滿足高性能要求，LT3744 可配置為同步 降壓或反相降壓-升壓 控制器可連續(xù)驅(qū)動(dòng) LED 負(fù)載 電流超過20A。供應(yīng) LT3744 的輸入專為處理 3.3V至36V。作為降壓轉(zhuǎn)換器， 它可以調(diào)節(jié) 0V 以上的 LED 電流 到電源電壓。作為反轉(zhuǎn) 降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器 （LT3744） 能夠 精確調(diào)節(jié) LED 電流 輸出電壓范圍為0V至?20V。

全范圍模擬電流調(diào)節(jié) 準(zhǔn)確度為 3%，即使在 1/20 刻度下， 它比±30%好。LT3744 具有 三個(gè)獨(dú)立的模擬和數(shù)字 帶三個(gè)補(bǔ)償?shù)目刂戚斎?和柵極驅(qū)動(dòng)輸出，范圍廣 的指示燈配置。通過分離 來自 LED 的電感電流檢測(cè) 電流檢測(cè)，可配置 LT3744 作為降壓或反相降壓-升壓。 為了便于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所有輸入 信號(hào)以電路板接地為參考 （SGND，信號(hào)接地），消除了 需要復(fù)雜的離散電平轉(zhuǎn)換器。

在反相降壓-升壓配置中， 總 LED 正向電壓 可高于輸入電源 電壓，允許高壓 LED 由低壓驅(qū)動(dòng)的串 用品。當(dāng) PCB 功率密度調(diào)用時(shí) 用于傳播組件功率 耗散時(shí)，LT3744 可輕松 與其他 LT3744 并聯(lián)以驅(qū)動(dòng) LED 負(fù)載中的高脈沖或直流電流。

高精度電流檢測(cè)

LT3744 具有高準(zhǔn)確度 電流調(diào)節(jié)誤差放大器，其中 實(shí)現(xiàn)精確的模擬調(diào)光 至總電流控制的 1/20 范圍。這在應(yīng)用中至關(guān)重要 其中總數(shù)字PWM調(diào)光 范圍有限，或者在以下應(yīng)用中 需要非常高的調(diào)光范圍。 例如，使用 100Hz PWM 調(diào)光頻率和 1MHz 開關(guān) 頻率，LT3744 能夠 1250：1 PWM 調(diào)光，可以是 結(jié)合 20：1 模擬調(diào)光 將總調(diào)光范圍擴(kuò)展到 25，000：1。

圖 1 顯示了生產(chǎn)一致性 LT3744 相對(duì)于失調(diào)電壓 在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，在本例中為 380 典型值 當(dāng)模擬控制輸入為 在 0V 時(shí)。誤差偏移量低 放大器，控制回路能夠 1/20 時(shí)的典型精度為 ±10% 刻度模擬調(diào)光。分布情況 LED 兩端的調(diào)節(jié)電壓 帶控制器的電流檢測(cè)引腳 輸入等于1.5V如圖2所示。 全范圍的精度優(yōu)于 ±3%，相當(dāng)于 ±1.8mV 60mV滿量程調(diào)節(jié)電壓。

圖1.LT3744 中的 LED 電流調(diào)節(jié)放大器具有一個(gè) ±300μV 的典型失調(diào)（采用 V按= 0V。

圖2.在全電流下，LED電流調(diào)節(jié)環(huán)路的典型精度為±1.7%，V按= 1.5V。

無閃爍性能

LED 中最重要的指標(biāo)之一 驅(qū)動(dòng)程序性能正在恢復(fù) PWM 調(diào)光期間的 LED 電流。 最終產(chǎn)品的質(zhì)量很高 取決于驅(qū)動(dòng)程序的行為 在 PWM 導(dǎo)通信號(hào)的上升沿。 LT3744 采用專有的 PWM、 補(bǔ)償和時(shí)鐘同步 提供無閃爍性能的技術(shù) — 甚至 將 LED 驅(qū)動(dòng)至 20A 時(shí)。

圖 3 顯示了 5 分鐘捕獲的 采用 12V 電源的 LED 電流恢復(fù) 為紅色 LED 提供 20A 電流。切換 頻率為550kHz，電感 為1μH，PWM調(diào)光頻率 為 100Hz，導(dǎo)通時(shí)間為 10μsec （1000：1 PWM 調(diào)光）。約30，000 顯示調(diào)光周期，沒有 開關(guān)波形抖動(dòng) — 每 恢復(fù)切換周期相同。

圖3.LT3744 具有無閃爍 LED 調(diào)光功能。

三種不同調(diào)節(jié)電流之間的高速調(diào)光

在投影系統(tǒng)中，減少 光源的開啟時(shí)間縮短 時(shí)序約束。隨著減少 時(shí)序約束，圖像刷新率 可以增加，允許更高的分辨率 圖像和彩虹的減少 來自快速移動(dòng)的白色物體的效果。 LT3744 能夠轉(zhuǎn)換 不同輸出電流之間 狀態(tài)小于三個(gè)開關(guān)周期。

LT3744 具有三個(gè)穩(wěn)壓功能 當(dāng)前狀態(tài)，允許顏色混合 系統(tǒng)設(shè)計(jì)師雕刻顏色 每個(gè)指示燈的溫度。混色 提供高色彩準(zhǔn)確性，校正 不準(zhǔn)確的 LED 顏色，并消除 生產(chǎn)系統(tǒng)的變化。而 LT3743 具有低電流和高電流狀態(tài)， LT3744 具有三種電流狀態(tài)，因此 所有三種 RGB LED 顏色都可以混合使用 彼此在自己的光輸出下 獨(dú)立校正其他顏色。

圖4顯示了一個(gè)24V輸入/20A輸出， 具有三種不同穩(wěn)壓的單個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器 電流—由模擬值確定 CTRL 和數(shù)字上的電壓 PWM 引腳的狀態(tài)。請(qǐng)注意，由于 RS僅用于峰值電感電流 和絕對(duì)過流保護(hù)，它不需要高精度 電阻器—可降低系統(tǒng)成本。

圖4.LT3744 能夠驅(qū)動(dòng)具有三種不同電流水平的單個(gè) LED。

三種不同之間的PWM調(diào)光 當(dāng)前狀態(tài)如圖所示 5和6。在圖5中，PWM信號(hào) 按順序打開和關(guān)閉。 PWM3 具有最高優(yōu)先級(jí)和 PWM1 最低。這允許 快速、單輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換至 改變輸出電流。如圖所示 在圖 6 中，可以有任何任意 PWM 輸入信號(hào)之間的間隔。

圖5.LT3744 可在不到三個(gè)開關(guān)周期內(nèi)在三種穩(wěn)壓電流狀態(tài)中的任何一種之間轉(zhuǎn)換和關(guān)斷。

圖6.可以隨時(shí)打開不同的當(dāng)前狀態(tài) - 每個(gè)狀態(tài)之間有或沒有時(shí)間。

適用于袖珍或智能手機(jī)投影儀的完整 RGB LED 解決方案

在微型“口袋”或智能手機(jī)內(nèi) 投影系統(tǒng)，整體解決方案空間 成本是最重要的。在這些應(yīng)用中， 印刷電路板空間極其有限， 驅(qū)動(dòng)程序解決方案的總卷 （包括組件高度）必須 最小 化。僅使用一個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器 對(duì)于所有三個(gè) LED，大幅減少 空間 - 允許使用更大的電池 或更高功率的 LED，以改善 電池壽命和預(yù)計(jì)流明。

LT3744 結(jié)合了開關(guān)輸出 帶浮柵的電容器技術(shù) 用于創(chuàng)建完整 RGB 解決方案的驅(qū)動(dòng)程序 來自單個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)器。The LT3744 為PWM使用獨(dú)特的柵極驅(qū)動(dòng)器 輸出引腳。驅(qū)動(dòng)器的負(fù)電源軌 漂浮在 V 上FNEG引腳，允許它 下拉所有開關(guān)的閘門 關(guān)閉到負(fù)電壓。這 確保開關(guān)與 輸出電容在任何情況下均不導(dǎo)通 條件。該驅(qū)動(dòng)器允許高達(dá) 15V 任何 LED 串之間的區(qū)別。

每個(gè) LED 可以依次亮起， 兩者之間有時(shí)間延遲，或者PWM數(shù)字輸入的任何模式輸入。 此外，與三個(gè)獨(dú)立 模擬控制輸入，每個(gè)LED可以 在不同的調(diào)節(jié)電流下工作。 當(dāng) LT3744 配置為 反相降壓-升壓，單個(gè)鋰離子 電池僅使用一個(gè)控制器即可驅(qū)動(dòng)三個(gè)獨(dú)立的 LED 串。 圖7所示為3.3V/5A反相 三色降壓-升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì) 專門用于RGB袖珍投影儀。

圖7.LT3744 能夠利用單節(jié)鋰離子電池驅(qū)動(dòng)袖珍或智能手機(jī)投影儀中的所有三種顏色分量 （R、G 和 B）。

采用兩個(gè)并聯(lián) LT3744 LED 驅(qū)動(dòng)器的 324W 2 LED 驅(qū)動(dòng)器

任何高位的重要限制因素 電源/大電流控制器設(shè)計(jì)為 PCB 中的功率密度。印刷電路板功率 密度限制在大約 50W?cm2防止溫升過大 在電源路徑組件中。 在極端情況下，當(dāng) LED 負(fù)載 需要比單個(gè)驅(qū)動(dòng)器更大的功率 可以支持（同時(shí)保持 功率密度限制），多個(gè)轉(zhuǎn)換器 可以并聯(lián)以分散負(fù)載。

高效的大電流LED驅(qū)動(dòng)控制器， 使用現(xiàn)代功率MOSFET， 可以提供大約 200W（在解決方案 尺寸約4厘米2） 并限制所有 電源路徑組件溫度為 在80oC以下。對(duì)于高于 200W，LT3744 可與 其他 LT3744 用于限制任何特定組件中的溫升。所有補(bǔ)償 輸出應(yīng)并聯(lián)，允許 每個(gè)穩(wěn)壓器之間的均流。

圖8所示為一個(gè)324W轉(zhuǎn)換器，使用 兩個(gè)線性 DC2339A 演示板 并聯(lián)連接。每個(gè)并行 此設(shè)計(jì)中的控制器可產(chǎn)生 27A— 在 6V 時(shí)總共 54A。通過捆綁 相應(yīng)的補(bǔ)償輸出 兩個(gè)控制器一起在 齊心協(xié)力提供平穩(wěn)、行為良好的 啟動(dòng)和精確的直流調(diào)節(jié)。

圖8.一個(gè) 57A/324W 2 LED 驅(qū)動(dòng)器。

圖 9 顯示了 LED 電流啟動(dòng) 每個(gè)板的行為。請(qǐng)注意， 每個(gè)板提供的調(diào)節(jié)電流 在整個(gè)啟動(dòng)過程中是相同的 序列。在直流穩(wěn)壓中，沒有 PWM調(diào)光，圖10顯示出色 兩者之間的電流共享 應(yīng)用板（波形為 直接在彼此之上）。圖11 顯示溫度升高高于 100% 占空比時(shí)的電路板環(huán)境 循環(huán)溫度約為55oC，組分L1是 電感，Q1 和 Q3 是開關(guān) 功率場(chǎng)效應(yīng)管，R5為電感電流 檢測(cè)電阻，R32為L(zhǎng)ED電流 檢測(cè)電阻器，U1 是 LT3744。

圖9.啟動(dòng)期間的 LED 均流。

圖 10.滿載時(shí)的直流 LED 均流 — 兩個(gè)并聯(lián)驅(qū)動(dòng)器之間的差異很小。

圖 11.100% 占空比的平行板溫度為 LED 提供 324W 的功率。

在此應(yīng)用中，兩個(gè)獨(dú)立的 LED 串可以全電平調(diào)暗 PWM 54A.PWM 調(diào)光時(shí)，圖 12 顯示LED電流完全 在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序之間共享。在此 測(cè)試，LED中電流的上升時(shí)間 從0A到54A為6.6μs。電氣 從每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的輸出進(jìn)行連接 對(duì)LED必須仔細(xì)平衡 避免在任一路徑中增加電感— 這減少了有效上升時(shí)間。

圖 12.LT3744 在 PWM 調(diào)光期間在并聯(lián)驅(qū)動(dòng)器之間具有出色的 LED 均流功能。

圖 13 顯示了溫度 每個(gè)演示板的上升幅度為 50% PWM 調(diào)光 LED 電流為 54A。為了最小化每個(gè) 演示板為L(zhǎng)ED，并聯(lián)LED 驅(qū)動(dòng)板直接安裝在 彼此重疊。更優(yōu)化的布局 將同時(shí)安裝兩個(gè)驅(qū)動(dòng)程序 單板，具有驅(qū)動(dòng)器布局 相互鏡像，反映在他們的身上 與 LED 的相互連接。每當(dāng) 設(shè)計(jì)傳導(dǎo)路徑從 LED驅(qū)動(dòng)器要大電流LED，小心 應(yīng)注意總數(shù) 電感。由于電感是一個(gè)函數(shù) 電線長(zhǎng)度，電線越長(zhǎng)， 當(dāng)前恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng) LED — 無論駕駛員的速度有多快。

圖 13.50% PWM 調(diào)光時(shí)的并行電路板溫度為 LED 提供 54A 脈沖。

反相降壓-升壓型、120W LED 驅(qū)動(dòng)器，具兩個(gè)并聯(lián) LT3744S

反相降壓-升壓應(yīng)用具有 與同相相同的熱問題 轉(zhuǎn)換器，帶有附加設(shè)計(jì) 電感電流增加的挑戰(zhàn)。 對(duì)于低輸入電壓和高 LED 電壓， 電感器中的平均電流 可能非常高。例如，如果 輸入為3.3V，輸出為1綠色 LED—正向電壓為 6V 20A時(shí)—峰值電感電流為70A。 設(shè)計(jì)中使用的電感應(yīng) 飽和電流至少為 20% 更高 - 在本例中，大于 80A。

由于該電流在開關(guān)中流動(dòng) 場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管的額定值必須為 大于 80A。通過放置兩個(gè) LT3744 反相降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器 并聯(lián)時(shí)，峰值開關(guān)電流為 減半，降低要求 的電源路徑組件。

在反相降壓-升壓拓?fù)渲校?電感電流輸送到負(fù)載 僅在同步 FET 導(dǎo)通期間 時(shí)間。如果兩個(gè)并聯(lián)轉(zhuǎn)換器 被允許自由奔跑 頻率，有明顯的節(jié)拍 LED 電流中的明顯頻率 輕微開關(guān)產(chǎn)生的紋波 頻率差異。為了避免這種情況，每個(gè) 轉(zhuǎn)換器使用相同的 RT電阻值， 但它們是使用外部同步的 時(shí)鐘。在圖 14 中的應(yīng)用程序中， 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)為在 非同步頻率：300kHz— 具有 350kHz 同步時(shí)鐘。

圖 14.此并聯(lián)反相應(yīng)用可為機(jī)箱連接的共陽極 LED 提供 120W 功率。

圖 15 顯示了組件溫度 向 LED 提供 30A 電流時(shí)上升 并聯(lián)反相降壓-升壓應(yīng)用。

圖 15.平行反相板溫度為 LED 提供 120W。

結(jié)論

具有包括大電流在內(nèi)的功能 調(diào)節(jié)精度，浮動(dòng)PWM門 驅(qū)動(dòng)器和電平轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)， LT3744 可配置為驅(qū)動(dòng) LED 在廣泛的應(yīng)用中。這 LT3744 能夠用作 RGB 投影系統(tǒng)中的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器， 大幅減少整體解決方案空間— 使產(chǎn)生高流明成為可能 來自智能手機(jī)的視頻投影。

通過使用三個(gè)電流調(diào)節(jié) 狀態(tài)，LT3744 給出系統(tǒng) 設(shè)計(jì)師自由雕刻LED顏色， 制作更忠實(shí)的視頻圖像。由 直接調(diào)節(jié)LED電流 對(duì)所有輸入信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，LT3744 具有產(chǎn)生負(fù)數(shù)的能力 電壓，允許低壓電池 驅(qū)動(dòng)多 LED 的操作系統(tǒng) 具有簡(jiǎn)單 2 開關(guān)解決方案的字符串。 LT3744 可輕松并聯(lián) 與其他 LT3744 配合使用，以高效提供 極高的電流流向 LED，而 保持當(dāng)前精度和共享 即使在PWM調(diào)光時(shí)。并聯(lián) LT3744 降低了電路板溫度，降低了 支持電感電流和擴(kuò)展 LED 功率可達(dá)數(shù)百瓦。

審核編輯：郭婷