基于LT3743的LED驅動(dòng)器PWM調光的設計

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(guò)一個(gè)與電感器相串聯(lián)的檢測電阻器準確地調節電感器電流。在一個(gè) 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(lái)調節任意負載中的電流。

　　通過(guò)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(lái)，實(shí)現了精準、寬范圍的 LED 電流控制。模擬調光通過(guò) CTRL_L、CTRL_H 和 CTRL_T 引腳來(lái)控制;PWM 調光則通過(guò) PWM 和 CTRL_SEL 引腳來(lái)控制。通過(guò)采用在外部進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作的負載電容器這種獨特的做法，LT3743 實(shí)現了高和低模擬狀態(tài)之間的快速變換，從而能夠在幾 μs 的時(shí)間內改變已調 LED 電流水平。開(kāi)關(guān)頻率可以在 200kHz 至 1MHz 的范圍內進(jìn)行設置 (通過(guò)采用一個(gè)外部電阻器) 和同步至一個(gè)頻率范圍為300kHz 至1MHz 的外部時(shí)鐘。

　　開(kāi)關(guān)輸出電容器拓撲結構

　　在傳統的電流調節器中，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(jìn)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(shí)間。

　　LT3743 通過(guò)采用一種獨特的開(kāi)關(guān)輸出電容器拓撲結構解決了這一問(wèn)題，該拓撲結構實(shí)現了超快的負載電流上升和下降時(shí)間。這種拓撲結構背后的基本概念是：LT3743 起一個(gè)已調電流源的作用，負責向負載提供驅動(dòng)電流。對于某個(gè)給定的電流，負載兩端的電壓降存儲于第一個(gè)開(kāi)關(guān)輸出電容器中。當需要一種不同的已調電流狀態(tài)時(shí)，將第一個(gè)輸出電容器關(guān)斷，并接通第二個(gè)電容器。這使得每個(gè)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(gè) 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(chǎn)生一個(gè) 0mV 至 50mV 的已調電壓。

　　圖 1：基本的開(kāi)關(guān)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(shí)波形。當 PWM 為低電平時(shí)，所有的開(kāi)關(guān)操作將被終止，而且兩個(gè)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(kāi)關(guān)輸出電容器來(lái)配置，但它能夠很容易地適應任何傳統的模擬和/或 PWM 調光方案

　　開(kāi)關(guān)周期同步

　　LT3743 使所有的開(kāi)關(guān)脈沖邊沿同步至 PWM 和 CTRL_SEL 上升沿。同步賦予了系統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(dòng)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(guò)程中必不可少的特點(diǎn)。通過(guò)在 CTRL_SEL 或 PWM 信號變至高電平時(shí)重新起動(dòng)時(shí)鐘，電感器電流將立即開(kāi)始斜坡上升，而無(wú)須等待一個(gè)時(shí)鐘上升沿。未采用同步時(shí)，時(shí)鐘脈沖沿和 PWM 脈沖沿的相位關(guān)系將不受控制，因而有可能在 LED 光輸出中引起明顯的抖動(dòng)。當采用一個(gè)具 SYNC 引腳的外部時(shí)鐘時(shí)，開(kāi)關(guān)周期將在 8 個(gè)開(kāi)關(guān)周期之內重新同步至外部時(shí)鐘。

　　一款適合高端 DLP 投影機、采用開(kāi)關(guān)輸出電容器的 24V、20A LED 驅動(dòng)器。高端 DLP 投影機要求極高質(zhì)量的圖像和彩色重現。為了實(shí)現高的彩色準確度，各個(gè) LED 當中的彩色偏差是通過(guò)混入其他兩個(gè)彩色 LED 的色彩來(lái)校正的。例如：當紅光 LED 處于滿(mǎn)電流導通狀態(tài)時(shí)，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(chǎn)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(jìn)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(zhuān)供高端 DLP 投影機使用的 24V/20A LED 驅動(dòng)器。

　　圖3：采用開(kāi)關(guān)輸出電容器的 24V/20A LED 驅動(dòng)器

　　450kHz 的較低開(kāi)關(guān)頻率允許使用一個(gè)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(shí)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(kāi)關(guān)接通時(shí)的瞬時(shí)電流。對于實(shí)現快速 LED 電流轉換來(lái)說(shuō)，采用幾個(gè)并聯(lián)的低 ESR 電容器是至關(guān)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(lái)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(jiàn)下文中的“LED 電流的熱降額”)。

　　為了減小有可能很大的啟動(dòng)電流，LT3473 采用了一種可壓制已調電流的獨特軟起動(dòng)電路，從而在軟起動(dòng)引腳充電至 1.5V 時(shí)提供全驅動(dòng)。為了最大限度地縮短不同電流水平之間的轉換時(shí)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