降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器具有內(nèi)部PWM調(diào)光和無(wú)閃爍擴(kuò)頻功能

四開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器將兩個(gè)轉(zhuǎn)換器（降壓轉(zhuǎn)換器和升壓轉(zhuǎn)換器）組合成單個(gè)轉(zhuǎn)換器，具有減小解決方案尺寸和成本的明顯優(yōu)勢(shì)，以及相對(duì)較高的轉(zhuǎn)換效率。高性能 4 開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器具有精心設(shè)計(jì)的控制方案。例如，為了獲得最高效率，當(dāng)只需要升壓或降壓轉(zhuǎn)換時(shí)，4開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器應(yīng)僅使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)工作，但將所有四個(gè)開(kāi)關(guān)作為V在方法五外.設(shè)計(jì)良好的降壓-升壓轉(zhuǎn)換器考慮到組合三個(gè)控制環(huán)路（2 開(kāi)關(guān)升壓、2 開(kāi)關(guān)降壓和 4 開(kāi)關(guān)操作）的挑戰(zhàn)，可在三個(gè)工作區(qū)域（升壓、降壓和降壓-升壓）之間平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。

LT8391 60V 4 開(kāi)關(guān)降壓-升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器專為驅(qū)動(dòng)高功率 LED 而設(shè)計(jì)，并在 2 開(kāi)關(guān)升壓、4 開(kāi)關(guān)降壓-升壓和 2 開(kāi)關(guān)降壓工作區(qū)域之間完美轉(zhuǎn)換。

正在申請(qǐng)專利的4開(kāi)關(guān)降壓-升壓電流檢測(cè)電阻控制方案提供了一種簡(jiǎn)單而精湛的方法，使IC能夠利用單個(gè)檢測(cè)電阻在所有工作區(qū)域以峰值電流模式控制運(yùn)行。它還允許IC在正常負(fù)載條件下以CCM工作模式運(yùn)行，在輕負(fù)載條件下以DCM工作模式運(yùn)行，同時(shí)保持逐周期峰值電感器電流控制并防止負(fù)電流。

這款新一代降壓-升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器具有擴(kuò)頻頻率調(diào)制和內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光功能。這兩種特性協(xié)同工作 — LT8391 支持具有內(nèi)部或外部 PWM 調(diào)光的無(wú)閃爍 PWM 調(diào)光，即使在擴(kuò)頻開(kāi)啟時(shí)也是如此 （技術(shù)正在申請(qǐng)中）。

98% 效率、50W 同步降壓-升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器

圖 8391 中的 LT1 高功率降壓-升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器可在寬輸入電壓范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng) 25V 的 LED/2A。60V 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器可在低至 4V 輸入電壓下工作。當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，輸入和峰值開(kāi)關(guān)電流可能被推高。當(dāng) V在當(dāng)下降到足以達(dá)到峰值電感電流限值時(shí)，IC可以保持穩(wěn)定性并調(diào)節(jié)其峰值電流限值，盡管輸出功率降低，如圖2所示。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，這是有利的：通過(guò)低V騎行在降低輸出亮度的冷啟動(dòng)條件是提高電流限制以及調(diào)整電感、成本、電路板空間和輸入電流的受歡迎的替代方案，只是為了在瞬態(tài)低V期間保持燈的全亮度在條件。

圖1.LT8391 4V–60V 4開(kāi)關(guān)同步降壓-升壓型LED驅(qū)動(dòng)器以高達(dá)25%的效率為一個(gè)2V、50A （98W）LED串供電。

圖 50 中 1W LED 驅(qū)動(dòng)器的最高點(diǎn)效率高達(dá) 98%（圖 2）。在 9V 至 16V 的典型汽車電池輸入范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器的工作效率在 95% 至 97% 之間。

圖2.圖 50 中 1W LED 驅(qū)動(dòng)器的效率和 LED 電流與輸入電壓的關(guān)系。效率峰值為98%，在典型的95V–97V汽車輸入范圍內(nèi)，與該峰值相差不遠(yuǎn)，范圍為9%至16%。另顯示，LT8391 峰值電感器電流限值可在低 V 電壓下降低輸出功率的情況下保持穩(wěn)定的輸出在.

采用高功率MOSFET和單個(gè)高功率電感器時(shí)，該轉(zhuǎn)換器的溫升很低，即使在50W時(shí)也是如此。在 12V 輸入電壓下，沒(méi)有元件比室溫升高超過(guò) 25oC，如圖 3 中的熱掃描所示。在 6V 輸入時(shí)，使用標(biāo)準(zhǔn) 50 層 PCB 且無(wú)散熱器或氣流時(shí)，最熱組件的升溫低于 4oC。有增加功率輸出的空間;使用單級(jí)轉(zhuǎn)換器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)百瓦的功率。

圖3.圖1中降壓-升壓LED驅(qū)動(dòng)器的熱成像顯示，在寬范圍V下溫升得到很好的控制在.

50W LED驅(qū)動(dòng)器可在1000Hz下實(shí)現(xiàn)1：120 PWM調(diào)光，無(wú)閃爍。高端 PWM TG MOSFET 為輸出端的接地 LED 串提供 PWM 調(diào)光。作為獎(jiǎng)勵(lì)，它在短路故障期間充當(dāng)過(guò)流斷開(kāi)。PWM 輸入引腳兼作用于外部 PWM 調(diào)光的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平 PWM 輸入波形接收器，并兼作確定內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 占空比的新型模擬輸入。

內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光

LT8391 具有兩種形式的 PWM 調(diào)光：標(biāo)準(zhǔn)外部 PWM 調(diào)光和內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光。LT8391 獨(dú)特的內(nèi)部 PWM 調(diào)光功能免除了增設(shè)外部組件（如時(shí)鐘器件和微控制器）的需要，因此能夠以高達(dá) 128：1 的比率產(chǎn)生高精度 PWM 調(diào)光亮度控制。

IC內(nèi)部產(chǎn)生的PWM頻率（如200Hz）由RP引腳上的電阻器設(shè)定。PWM 引腳上的電壓設(shè)置在 1.0V 至 2.0V 之間，決定了內(nèi)部發(fā)生器的 PWM 調(diào)光占空比，以實(shí)現(xiàn)精確的亮度控制。內(nèi)部調(diào)光的占空比被選為128級(jí)之一，內(nèi)部遲滯可防止占空比顫振。內(nèi)部生成的PWM調(diào)光精度優(yōu)于±1%，在升壓、降壓和降壓-升壓工作區(qū)域保持不變。

圖4.LED 電流對(duì) CTRL 引腳驅(qū)動(dòng)的 1A 至 2A 具有穩(wěn)定的響應(yīng)。

擴(kuò)頻降低 EMI

擴(kuò)頻頻率調(diào)制可降低開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器中的 EMI。雖然開(kāi)關(guān)頻率通常選擇在AM頻段（530kHz至1.8MHz）之外，但未增強(qiáng)的開(kāi)關(guān)諧波仍可能違反AM頻段內(nèi)嚴(yán)格的汽車峰值和平均EMI要求。在 400kHz 開(kāi)關(guān)模式電源中添加擴(kuò)頻可以顯著降低 AM 頻段和其他區(qū)域（如中波和短波無(wú)線電頻段）內(nèi)大功率前照燈驅(qū)動(dòng)器的 EMI。

激活后，SSFM 將 LT8391 的 50W LED 驅(qū)動(dòng)器 EMI 降至 AM 頻段 CISPR25 的峰值和平均 EMI 要求以下（參見(jiàn)圖 5）。平均EMI的要求更為困難，比峰值限值低20dBμV。因此，LT8391的新型SSFM比峰值EMI更能降低平均EMI。您可以看到，平均EMI降低了18dBμV或更多，而峰值EMI仍降低了約5dBμV。擴(kuò)頻在限制轉(zhuǎn)換器對(duì)其他EMI敏感型汽車電子設(shè)備（如無(wú)線電和通信）的影響方面非常有用。

圖5.擴(kuò)頻頻率調(diào)制 （SSFM） 將 LT8391 峰值和平均 EMI 降低到 CISPR25 限值以下。平均 EMI 比采用 LT8391 SSFM 的峰值 EMI 降低得更大。

在某些轉(zhuǎn)換器中，擴(kuò)頻和無(wú)閃爍的LED PWM調(diào)光不能很好地協(xié)同工作。SSFM是開(kāi)關(guān)頻率變化的來(lái)源，在外界看來(lái)可能像噪聲一樣，以分散EMI能量，涂抹非擴(kuò)散峰值，但它可以與PWM調(diào)光配合使用，實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍操作。凌力爾特正在申請(qǐng)專利的 PWM 調(diào)光和擴(kuò)頻操作旨在同時(shí)運(yùn)行這兩種功能，即使在高調(diào)光比下也能實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍操作。在采用外部PWM進(jìn)行1000：1 PWM調(diào)光和128：1內(nèi)部生成PWM時(shí)，擴(kuò)頻繼續(xù)以無(wú)閃爍LED電流工作，如圖6的無(wú)限持續(xù)示波器照片所示。

圖6.無(wú)限持久示波器跡線顯示 PWM 調(diào)光和 SSFM 協(xié)同工作，通過(guò)外部和內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光實(shí)現(xiàn)無(wú)閃爍亮度控制。

QFN 封裝和雙封裝 MOSFET，適用于緊湊型降壓-升壓解決方案

LT8391 提供兩種封裝類型：一種 28 引腳引線 FE 封裝，以及一種較小的 4mm × 5mm QFN。需要獲得用于板載測(cè)試和制造協(xié)議的引腳的設(shè)計(jì)人員可能更喜歡 28 引腳 FE 封裝，但其他人會(huì)對(duì) QFN 的小尺寸感到滿意。那些空間受限的器件可以將 QFN 與一組 3mm × 3mm 或 5mm × 5mm 雙封裝 MOSFET 配對(duì)。同步降壓-升壓控制器不需要大量的電路板空間——當(dāng)選擇雙封裝MOSFET來(lái)實(shí)現(xiàn)非常小的PCB占板面積時(shí)，可以在整個(gè)主要汽車范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常高的效率。

圖 4 所示的 60V 至 16V 輸入和 1V、7A 降壓-升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器使用兩個(gè)這樣的雙封裝 MOSFET 和 QFN LT8391，實(shí)現(xiàn)了超過(guò) 95% 的峰值效率。節(jié)省的空間如圖 8 所示。

圖7.緊湊型解決方案，采用 QFN 封裝 LT8391 和雙封裝 MOSFET。這款 4V–60V 輸入、4 開(kāi)關(guān)降壓-升壓轉(zhuǎn)換器以最小的電路板空間和高效率為 12V–16V/1W LED 供電。

圖8.圖6所示的緊湊型解決方案與圖1所示解決方案的比較。緊湊的解決方案具有 5mm × 5mm 和 3mm × 3mm 雙封裝 MOSFET，可減小這款 4 開(kāi)關(guān)同步降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的電路板空間。

雙封裝MOSFET在高和低輸入電壓工作條件下僅承受15°C的溫升，如圖9所示。雙封裝 MOSFET 可處理 12V、2A+ （25W） 負(fù)載，同時(shí)保持高效率。為了進(jìn)一步減小解決方案尺寸，可在兩個(gè)位置使用更小的 3mm × 3mm 雙 MOSFET 封裝。對(duì)于稍高的額定功率或適應(yīng)更高的電壓，較大的 5mm × 5mm 封裝可用于雙通道 MOSFET。

圖9.圖6中的緊湊型系統(tǒng)在低電壓和高電壓下雙通道MOSFET的溫升僅為15°在.

用于 SLA 電池充電器的恒流、恒壓和 C/10 標(biāo)志

LED驅(qū)動(dòng)器的恒流和恒壓能力使其適合用作電池充電器，特別是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器還具有C/10檢測(cè)和報(bào)告功能時(shí)。LT10 中的 C/8391 檢測(cè)可切換 FAULT 引腳的狀態(tài)，并可用于在充電電流下降時(shí)將 SLA 電池的穩(wěn)壓充電電壓更改為不同的穩(wěn)壓浮動(dòng)電壓。

圖 8391 所示基于 LT7 的 8.10A SLA 電池充電器具有 97% 的峰值效率（圖 11），并支持所有三個(gè)工作區(qū)域（升壓、降壓和降壓-升壓）的恒流充電、恒壓充電和浮動(dòng)電壓維持。

圖 10.7.8A 密封鉛酸 （SLA） 降壓-升壓電池充電器，具有高效率、四個(gè)小型 3mm x 3mm MOSFET 以及充電和浮動(dòng)電壓調(diào)節(jié)功能。

圖 11.SLA 電池充電器的效率。

該充電器可處理短路、電池?cái)嚅_(kāi)并防止電池電流反轉(zhuǎn)。DCM 操作和新穎的峰值電感器檢測(cè)電阻設(shè)計(jì)可始終檢測(cè)峰值電流，并防止電流反向流過(guò)電感器和開(kāi)關(guān)——這是一些使用強(qiáng)制連續(xù)操作的 4 開(kāi)關(guān)降壓-升壓電池充電器的潛在缺陷。

圖12所示的充電曲線顯示了該降壓-升壓SLA電池充電器的7.8A恒流充電狀態(tài)、恒壓充電狀態(tài)和低電流浮充狀態(tài)。圖 13 顯示了以各種 V 運(yùn)行的充電器的熱掃描在.

圖 12.LT8391 SLA 電池充電器的三種充電狀態(tài)包括恒流充電、恒壓充電和浮動(dòng)電壓調(diào)節(jié)。

圖 13.SLA 電池充電器的熱性能。

采用大功率交流 LED 建筑照明實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保

用于新建筑物和結(jié)構(gòu)的大功率LED照明設(shè)計(jì)既環(huán)保又堅(jiān)固。憑借極低的故障率和更換率，LED 可提供出色的顏色和亮度控制，同時(shí)減少危險(xiǎn)廢物并提高能源效率。通常配備 24VAC 變壓器的鹵素?zé)艨梢允褂?LT8391 被更高效的交流 LED 照明所取代。

圖 84 中的 14W AC LED 照明轉(zhuǎn)換器在 15Hz 交流電流峰值高達(dá) 25A 時(shí)為 120V–6V LED 供電。一個(gè)全波整流器在 LT24 的輸入端將 60Hz 時(shí)的 120VAC 轉(zhuǎn)換為 8391Hz 半波。四開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換允許 LT8391 在升壓、降壓-升壓和降壓工作區(qū)域之間移動(dòng)，并在輸入端調(diào)節(jié)一個(gè)具有高功率因數(shù)的 AC LED 輸出。圖15中的波形顯示了98%的功率因數(shù)，同時(shí)在非常高的功率下保持了93%的效率。圖16中的熱掃描顯示了全波整流器。

圖 14.84W，120Hz交流LED照明來(lái)自24VAC，60Hz輸入，具有93%的效率和98%的功率因數(shù)，以滿足新建筑照明的綠色標(biāo)準(zhǔn)。

圖 15.84W、120Hz AC LED 驅(qū)動(dòng)器的輸入電流和電壓波形顯示 98% 的功率因數(shù)。

圖 16.用于 4320VAC LED 照明解決方案的 LT24 理想二極管保持冷卻并保持高效率;分立元件保持在55°C以下。

結(jié)論

LT8391 60V 4 開(kāi)關(guān)同步降壓-升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器可為大型、高功率 LED 燈串供電，并可用于緊湊、高效的設(shè)計(jì)。它具有擴(kuò)頻頻率調(diào)制功能，可實(shí)現(xiàn)低 EMI 和無(wú)閃爍的外部和內(nèi)部 PWM 調(diào)光。同步開(kāi)關(guān)通過(guò)其寬輸入電壓范圍提供高效率，但它在輕負(fù)載下也具有 DCM 操作功能，以防止反向電流并保持高效率。恒定電流和恒定電壓操作與其 C/10 檢測(cè)相結(jié)合，使 LT8391 適合于具有充電和浮動(dòng)電壓端接的高功率 SLA 電池充電器應(yīng)用。

審核編輯：郭婷