一種基于LT3743 LED驅動(dòng)器的新型調光方案詳解

在許多照明應用中，人們都采用了能夠產(chǎn)生已調大電流脈沖的功率驅動(dòng)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(chǎn)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(shí)現準確的彩色混合──在該場(chǎng)合中，除了簡(jiǎn)單的PWM調光以外，還能夠提供更多的控制功能。通常，為了實(shí)現彩色混合中所要求的寬動(dòng)態(tài)范圍，LED驅動(dòng)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(mǎn)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(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