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隨著越來越多的應(yīng)用采用LED照明，為了提高光輸出，對(duì)LED更高電流的需求也日益增長(zhǎng)。驅(qū)動(dòng)大電流LED串的最大挑戰(zhàn)之一是在功率轉(zhuǎn)換器級(jí)保持高效率，從而提供穩(wěn)定調(diào)節(jié)的LED電流。功率轉(zhuǎn)換器效率不高體現(xiàn)為電流調(diào)節(jié)器電路的開關(guān)元件引起的發(fā)熱現(xiàn)象。

 

LT3762 是一款同步升壓型LED控制器，旨在減少高功率升壓型LED驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)中常見的效率損耗源。該器件的同步運(yùn)行可最大限度地減少異步DC-DC轉(zhuǎn)換器中箝位二極管的正向壓降通常會(huì)產(chǎn)生的損耗。這一效率提升使LT3762能夠提供比類似異步升壓型LED驅(qū)動(dòng)器更高的輸出電流，特別是在低輸入電壓時(shí)。

 

為了改善低輸入電壓時(shí)的工作性能，通過配置一個(gè)板載DC-DC穩(wěn)壓器，即使輸入電壓降至7.5 V以下，也能為柵極驅(qū)動(dòng)電路提供7.5 V的電壓。在低輸入電壓條件下提供強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)電壓源，使得MOSFET在輸入電壓降低時(shí)產(chǎn)生較少的熱量，從而使工作電壓輸入范圍最低達(dá)3 V。

 

圖1. LT3762演示電路(DC2342A)可在寬輸入電壓范圍內(nèi)以2 A（最高32 V）驅(qū)動(dòng)LED。通過額外的MOSFET和電容可輕松修改該演示電路，以提高輸出功率。

 

該款升壓型LED控制器可配置為在100 kHz至1 MHz固定開關(guān)頻率之間工作，提供−30% × fSW展頻調(diào)制選項(xiàng)，以降低與開關(guān)相關(guān)的EMI能量峰值。LT3762可采用升壓、降壓或升壓/降壓拓?fù)潋?qū)動(dòng)LED。高端PMOS斷開開關(guān)有助于PWM調(diào)光，并在LED處于開路/短路狀態(tài)時(shí)保護(hù)器件免受潛在損害。

LT3762采用內(nèi)部PWM發(fā)生器，利用單個(gè)電容和一個(gè)直流電壓來設(shè)置頻率和脈沖寬度，以實(shí)現(xiàn)高達(dá)250:1的PWM調(diào)光比，也可使用外部PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)高達(dá)3000:1的調(diào)光比。

 

圖2中的原理圖顯示使用LT3762的演示電路應(yīng)用(DC2342A)，其中LT3762配置為在4 V至28 V的輸入電壓范圍內(nèi)以2 A（最高32 V）驅(qū)動(dòng)LED。LT3762同步升壓型LED控制器采用4 mm × 5 mm QFN封裝和28引腳TSSOP封裝。

 

圖2. 32 V、2 A LT3762升壓型LED驅(qū)動(dòng)器。

 

同步開關(guān)

 

在異步DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲?，肖特基箝位二極管用作無源開關(guān)，以簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換器對(duì)單個(gè)MOSFET進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制的控制方案。雖然這確實(shí)簡(jiǎn)化了控制，但它限制了輸出電流的大小。肖特基二極管與PN結(jié)器件一樣，在任何電流通過器件之前都會(huì)具有正向壓降。由于肖特基二極管的功耗是其正向壓降與電流的乘積，因此輸出電流水平過高將產(chǎn)生數(shù)瓦的導(dǎo)通功耗，從而使肖特基二極管升溫，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器效率降低。

 

LT3762同步開關(guān)轉(zhuǎn)換器與異步轉(zhuǎn)換器不同，不會(huì)有輸出電流受限的情況，這是因?yàn)橥睫D(zhuǎn)換器采用第二MOSFET代替肖特基二極管。MOSFET與肖特基二極管不同，它沒有正向壓降。相反，當(dāng)MOSFET處于完全增強(qiáng)狀態(tài)時(shí)，其漏極到源極間的電阻非常小。在大電流下，MOSFET產(chǎn)生的導(dǎo)通損耗遠(yuǎn)低于肖特基二極管，因?yàn)楣呐c漏源電阻的平方和通過器件的電流的乘積成正比。即使在最低7 V的全功率輸入電壓下，MOSFET也只會(huì)面臨大約30°C的溫升（如圖3所示）。

 

圖3. 在相同測(cè)試條件下，選用類似的元件，同步LT3762（左圖）驅(qū)動(dòng)2 A、32 V的LED串，其溫升遠(yuǎn)低于異步LT3755-2電路（右圖）。這種熱性能的提高歸功于以同步MOSFET代替肖特基箝位二極管，從而可消除二極管正向壓降引起的損耗。

 

低輸入電壓工作

 

高功率升壓型LED控制器的另一個(gè)挑戰(zhàn)發(fā)生在低輸入電壓工作期間。大多數(shù)升壓型DC-DC穩(wěn)壓器IC使用由器件輸入端供電的內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器，為IC中的模擬和數(shù)字控制電路提供較低的電壓電源。在從內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器獲取電源的電路中，柵極驅(qū)動(dòng)器消耗的功率最大，并且它的性能受LDO穩(wěn)壓器輸出波動(dòng)的影響。當(dāng)輸入電壓降至LDO的輸出電壓以下時(shí)，LDO輸出開始驟降，這將限制柵極驅(qū)動(dòng)器正常增強(qiáng)MOSFET的能力。當(dāng)MOSFET處于未完全增強(qiáng)狀態(tài)時(shí)，它們工作于較高電阻狀態(tài)，因此當(dāng)電流通過器件時(shí)會(huì)以熱量形式耗散功率。

 

升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲械牡洼斎腚妷汗ぷ魈匦詫?dǎo)致輸入電流較高，當(dāng)該電流必須流過電阻更大的MOSFET器件時(shí)，會(huì)加劇導(dǎo)通損耗。根據(jù)穩(wěn)壓器IC的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，這會(huì)嚴(yán)重限制器件可實(shí)現(xiàn)且不發(fā)生過熱的低輸入電壓范圍。

 

LT3762采用集成式降壓-升壓型DC-DC穩(wěn)壓器，而非LDO穩(wěn)壓器，即使輸入電壓很低時(shí)，也可為內(nèi)部電路提供7.5 V的電壓。該降壓-升壓型穩(wěn)壓器僅占用LT3762 IC的三個(gè)引腳，只需兩個(gè)額外元件。與具有4.5 V和6 V最小輸入電壓的內(nèi)部LDO控制器器件相比，LT3762能夠?qū)⑤斎腚妷汗ぷ鞣秶孪迶U(kuò)展至3 V。降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器的7.5 V輸出可為柵極驅(qū)動(dòng)器提供電源，并允許使用6 V/7 V柵極驅(qū)動(dòng)MOSFET。MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓越高，往往漏源電阻就越低，并且與柵極驅(qū)動(dòng)電壓較低的類似器件相比，（除開關(guān)損耗以外）工作效率更高。

 

圖4. 32 V、2 A LT3762 LED驅(qū)動(dòng)器可在寬輸入范圍內(nèi)保持高效率。低VIN折 返有助于避免過大的開關(guān)/電感電流。異步開關(guān)以24 V輸入電壓?jiǎn)?dòng)。

 

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