最新升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器拓撲 具低輸入和低輸出紋波以實(shí)現低 EMI

和正壓版本 Cuk 轉換器都有相像的地方，正壓版本 Cuk 轉換器也具備低輸入和低輸出紋波。整合的升壓-降壓電感器 (或耦合電感器) 的總體尺寸與降壓-升壓模式單電感器類(lèi)似。輸入紋波與 SEPIC 類(lèi)似，但是輸出紋波小得多。電感器尺寸與 SEPIC 相同，但采用了單而不是雙開(kāi)關(guān)節點(diǎn) (熱環(huán)路更小)，而且降低了復雜性，因為兩個(gè)繞組之間沒(méi)有耦合電容器。輸入和輸出紋波類(lèi)似于 Cuk 轉換器的低輸入和低輸出紋波 (負輸出)，但是繞組之間仍然沒(méi)有耦合電容器，而且最重要的是，無(wú)需以負壓為基準的電路反饋架構。正壓升壓-降壓型拓撲可以用現有升壓型 LED 驅動(dòng)器實(shí)現，例如凌力爾特最新推出的 LT3952。

升壓-降壓型拓撲與浮置 LED 輸出

最新單開(kāi)關(guān) 60V 單片 LT3952 LED 驅動(dòng)器具 4A 峰值開(kāi)關(guān)電流，可用作汽車(chē)升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器，如圖 1 所示。這款 350kHz、1A LED 驅動(dòng)器可為 6V 至 18V LED 供電，輸入范圍為 9V 至 36V，在負載最大時(shí)效率高達 90%。LT3952 升壓-降壓型轉換器之所以效率高，是因為采用了強大的內部 MOS 開(kāi)關(guān)。不同 LED 串電壓時(shí)的效率如圖 3 所示。與其他 LED 驅動(dòng)器類(lèi)似，LT3952 的通用低壓側單電源開(kāi)關(guān)架構可用來(lái)給浮置輸出升壓型和降壓型轉換器供電，例如升壓-降壓型和單電感器降壓-升壓模式轉換器。LED 串沒(méi)必要采用接地電壓基準，因為 LED 輸出僅是可見(jiàn)光。因為這個(gè)原因，所以可以使用獨特的升壓-降壓模式和降壓-升壓模式浮置 LED 驅動(dòng)器拓撲。

圖 1：LT3952 從 9V~36V 至 6V~18VLED、1A 升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器具低輸入和低輸出紋波，在 120Hz 時(shí)進(jìn)行 300:1 PWM 調光，效率高達 90%。

LT3952 能夠用PWM MOSFET 驅動(dòng)器的頂端浮置柵極“TG”引腳對浮置 LED 串進(jìn)行 PWM 調光，這非常適合浮置 LED 負載。圖 1 中的升壓-降壓型拓撲能夠以 300:1 及更高的調光比 (以 120Hz 頻率工作) 進(jìn)行 PWM 調光。高壓側 TG 驅動(dòng)器可以非常容易地為升壓型、SEPIC、降壓-升壓模式、降壓模式以及升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器提供 PWM 調光。該驅動(dòng)器甚至還提供短路保護斷接功能，以針對令人極為擔心的 LED+ 至 GND 事故提供保護。LT3952 針對升壓-降壓型拓撲中 LED 短路和開(kāi)路情況提供保護，并在出現這類(lèi)情況時(shí)發(fā)出報告。

升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器拓撲在調節 LED 電流時(shí)，可對輸入至輸出電壓進(jìn)行升壓和降壓。升壓-降壓占空比、效率、開(kāi)關(guān)電流和 OUT 節點(diǎn)電壓與單電感器降壓-升壓模式和 SEPIC 均相同。以下是升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器的一些特性。

·VOUT = VIN + VLED

·DC = VLED / (VIN + VLED)

·Iswpk = IIN + ILED + ILpkpk/2

·ILpkpk = IL1pkpk + IL2pkpk

·在 12VIN 至 18VLED (在 1A) 時(shí)，圖 1 效率約為 88%

低輸入和低輸出紋波拓撲 = 低 EMI

在升壓-降壓型和單電感器降壓-升壓模式之間，有很多相似性。圖 1 和圖 2 之間不同的是輸入和輸出紋波。圖 4 顯示升壓-降壓型與降壓-升壓模式 (分別對應圖 1 和圖 2) 相比，傳導 EMI 降低了。輸入和輸出繞組隔離可防止輸出紋波電流耦合到升壓-降壓型拓撲的輸入電容器上，從而降低了 EMI。圖 4 的 EMI 曲線(xiàn)顯示，從 530kHz 至 1.8MHz 的 AM 頻段 EMI 很低，因此較少需要大型 EMI 輸入濾波器。

圖 2：LT3952 單電感器降壓-升壓模式 LED 驅動(dòng)器用來(lái)與圖 1 的升壓-降壓型拓撲進(jìn)行比較

圖 3：在 12VIN 至 17.5V、1A LED 串時(shí)，圖 1 的升壓-降壓型拓撲之效率高達 90%

圖 4：在 12VIN 至 18VLED、1A 時(shí)，圖 1 升壓-降壓型拓撲的傳導 EMI 遠低于圖 2 降壓-升壓模式的傳導 EMI

圖 5 顯示了升壓-降壓型拓撲的另一種電路圖，顯示了低輸入和低輸出紋波通路，相比之下，SEPIC 轉換器沒(méi)有同樣的低輸出紋波。無(wú)論是輸入還是輸出導線(xiàn)上的高紋波，都可能輻射并提高 EMI，尤其是如果這些導線(xiàn)長(cháng)達幾米時(shí)，就像有時(shí)汽車(chē)中的導線(xiàn)那樣。不推薦在 LED 驅動(dòng)器的輸出端采用額外的 LC 濾波，因為這有可能降低 PWM 轉換速度，引起不想要的振鈴，從而妨礙最佳 PWM 調光性能的實(shí)現。低紋波、面朝輸出的電感器就像降壓型拓撲一樣，可實(shí)現 PWM 調光性能和低輸出 EMI 的最佳組合。請注意，正壓至負壓?jiǎn)坞姼衅鹘祲?升壓型轉換器也具備低輸出紋波和大帶寬，但是出了名的是，其輸入紋波和輸出紋波會(huì )耦合到系統的大型輸入電容中，從而產(chǎn)生大于所希望的傳導 EMI。

圖 5：升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器與 SEPIC LED 驅動(dòng)器拓撲類(lèi)似

升壓-降壓型拓撲中的輸入和輸出電容器非常容易濾除等于 ILpkpk/√12 的三角形低紋波電流。在這種拓撲中，略大一些的電容或電感可以進(jìn)一步降低 EMI。在該轉換器的高 dl/dt 熱環(huán)路中，輸入或輸出電容器都不是至關(guān)重要的。在這種拓撲中，關(guān)鍵熱環(huán)路僅涉及箝位二極管、OUT 至 GND 電容器以及內部低壓側開(kāi)關(guān)，如圖 5 所示，從而簡(jiǎn)化了布局。當升壓-降壓型拓撲的兩個(gè)電感器或繞組連到一起且 LED 節點(diǎn)連接到輸入時(shí)，該升壓-降壓型拓撲就變回以前使用的降壓-升壓模式轉換器了。在這種情況下，熱環(huán)路電流以及輸入和輸出紋波電流都有可能進(jìn)入輸入和輸出電容器，導致較高的輸入和輸出紋波。

另一種類(lèi)似的正壓至負壓升壓-降壓型拓撲

另一種正在申請專(zhuān)利和具低紋波輸入和輸出的升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器拓撲如圖 6 所示。LT3744 正壓至負壓升壓-降壓型 (升壓模式然后降壓) 也是一款低輸入和低輸出紋波 LED 驅動(dòng)器，但使用了具負壓調節功能的同步降壓型轉換器。這種新型浮置負壓輸出拓撲利用了具備 PWM 和輸出標記電平轉換功能的同步降壓型 LT3744 LED 驅動(dòng)器的優(yōu)勢。在大多數情況下，高效率是同步開(kāi)關(guān)型 IC 的主要優(yōu)勢，尤其是驅動(dòng)大功率 LED 串時(shí)，例如圖 6 中的 3A、48W LED 負載。同時(shí)具備同步升壓和降壓 LED 驅動(dòng)器的同步升壓和降壓型升壓-降壓 LED 驅動(dòng)器也可以實(shí)現高效率。幸運的是，凌力爾特公司提供大量這類(lèi)面向大功率、低紋波升壓和降壓型 LED 驅動(dòng)器的器件。

圖 6：LT3744 的 9 至 16VIN、18VLED/3A 正壓至負壓升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器具低輸入和低輸出紋波，在 48W LED 時(shí)提供 93% 的高效率。

結論

凌力爾特公司正在申請專(zhuān)利的最新升壓-降壓型 LED 驅動(dòng)器拓撲以低輸入紋波和低輸出紋波提供輸入至 LED的升壓和降壓。LT3952 和 LT3744 等最新 LED 驅動(dòng)器可用于汽車(chē)及工業(yè)應用中的簡(jiǎn)