先升壓后降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器利用寬廣的輸入電壓實(shí)現(xiàn)寬 PWM 調(diào)光范圍

多通道 LED 驅(qū)動(dòng)器主要是為采用單個(gè) IC 來(lái)給多個(gè)LED或多個(gè) LED 燈串 (這些燈串有時(shí)具有不同的色彩或長(zhǎng)度) 供電而設(shè)計(jì)的。然而，此類驅(qū)動(dòng)器包括了諸多的特性，可實(shí)現(xiàn)其他引人注目的用途。例如，LT3797 三通道 LED 驅(qū)動(dòng)器就能夠通過(guò)配置以提供 “先升壓后降壓” (boost-then-buck) 的能力，其中一個(gè)通道被配置為升壓預(yù)調(diào)節(jié)器，而另兩個(gè)通道則被配置為降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器。

當(dāng)輸入電壓源具有很寬的變化范圍并且會(huì)高于和低于 LED 燈串的額定電壓時(shí)，人們通常采用一種降壓-升壓或 SEPIC 拓?fù)?/strong>。與單純降壓或單純升壓的穩(wěn)壓器相比，這些拓?fù)渚哂幸恍┤秉c(diǎn)，即：相比于單純降壓的轉(zhuǎn)換器，其效率和帶寬較低 (PWM 調(diào)光能力下降);而與單純升壓的穩(wěn)壓器相比則是效率較低和傳導(dǎo) EMI 較高。

避免此類問(wèn)題的方法之一是利用一個(gè)電壓預(yù)調(diào)節(jié)器對(duì)寬范圍的輸入進(jìn)行升壓，并將之用作一個(gè)單純降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸入。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)施升壓和降壓并具有高 PWM 調(diào)光帶寬和較低的傳導(dǎo) EMI。由于 LT3797 具有三個(gè)可用于電壓調(diào)節(jié)或 LED 驅(qū)動(dòng)的通道，因此一個(gè)通道可用來(lái)把輸入電壓提升至一個(gè)較高的電壓，該電壓隨后可用于給兩個(gè)采用另兩個(gè)通道形成的高帶寬降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器供電。

圖 1：LT3797 三路輸出 LED 驅(qū)動(dòng)器被配置為 3 x 50V 1A 升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器

采用降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)比采用升壓模式驅(qū)動(dòng)器時(shí)更高的 PWM 調(diào)光比。為了在采用一個(gè)寬范圍輸入的情況下實(shí)現(xiàn)高的 LED 調(diào)光比，可利用一個(gè)預(yù)調(diào)節(jié)器將低輸入電壓提升至一個(gè)中間電壓。這個(gè)經(jīng)過(guò)升壓的中間輸出充當(dāng)降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸入。圖 2 示出了采用單個(gè) LT3797 實(shí)現(xiàn)的先升壓后降壓方案。

圖 2：具 1000:1 PWM 調(diào)光比的 LT3797 雙輸出先升壓后降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器

三路輸出 LED 驅(qū)動(dòng)器 (多拓?fù)?、高效?

LT3797 是一款三路輸出 LED 驅(qū)動(dòng)器控制器 IC，其可用于以多種拓?fù)?(包括升壓、降壓、降壓-升壓和 SEPIC) 為三個(gè) LED 燈串提供電流。每個(gè)通道的運(yùn)作獨(dú)立于其他的通道，但它們共用時(shí)鐘相位。LED 電流、開路 LED 保護(hù)、模擬和 PWM 調(diào)光控制功能電路可以單獨(dú)地進(jìn)行操控。

當(dāng) LED 燈串未回接至 GND 時(shí)，高壓側(cè)反饋引腳 FBH 可在降壓模式和降壓-升壓模式中均提供了通用的過(guò)壓保護(hù)，從而免除了增設(shè)一個(gè)電平移位反饋晶體管的需要。2.5V 至 40V 的 VIN 范圍和 100V 的輸出范圍使 LED 驅(qū)動(dòng)器擁有了高電壓和高供電能力。其可用于汽車和工業(yè)應(yīng)用以及電池供電型設(shè)備。

圖 1 示出了一款效率達(dá) 93% 的三路輸出升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器，其采用一個(gè)汽車輸入為三個(gè) 50W (50V、1A) LED 燈串供電。該器件具有 250:1 PWM 調(diào)光比 (在 120Hz) 和短路保護(hù)功能。一個(gè)內(nèi)部降壓-升壓 INTVCC 電源可向電源開關(guān)輸送 7.8V 的柵極充電電壓 (即使當(dāng) VIN 降到低至 2.5V 時(shí)也不例外)，從而使之成為一款具有非常寬輸入范圍的轉(zhuǎn)換器。

圖 3：從 50% (500mA) 至 100% (1A) 全標(biāo)度電流的模擬調(diào)光瞬變顯示出了降壓模式的高帶寬 (即使當(dāng)升壓級(jí)以其自己的常規(guī)速度恢復(fù)時(shí)也不例外)。

雙輸出先升壓后降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器

最高的 PWM 調(diào)光比可利用降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器 (其提供了最高的工作帶寬) 來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了采用寬范圍汽車輸入電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)高的 LED 調(diào)光比，必須首先采用一個(gè)預(yù)調(diào)節(jié)器提升汽車電壓。經(jīng)過(guò)提升的輸出電壓隨后可作為降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器的輸入。圖 2 示出了怎樣利用單個(gè) IC 做到這一點(diǎn)，其運(yùn)用的方法是將 LT3797 的一個(gè)通道用作升壓預(yù)調(diào)節(jié)器，而將它的另兩個(gè)通道用作降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器。

與增設(shè)單獨(dú)的升壓 IC 作為預(yù)調(diào)節(jié)器相比，這種單 IC 方案的優(yōu)點(diǎn)除了可減少組件數(shù)目和成本之外，還在于升壓型穩(wěn)壓器的 PWM 引腳可用于在 PWM 關(guān)閉時(shí)間里禁止執(zhí)行開關(guān)操作和凍結(jié)控制環(huán)路的狀態(tài)。這使得升壓轉(zhuǎn)換器能夠快速恢復(fù)至其先前的 PWM 接通狀態(tài)，并且其輸出不會(huì)在降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器重新接通時(shí)出現(xiàn)驟降。如果升壓穩(wěn)壓器的PWM 在 PWM 關(guān)閉時(shí)間里未關(guān)斷，或采用一個(gè)單獨(dú)的升壓 IC，則升壓轉(zhuǎn)換器的帶寬會(huì)限制最大 PWM 調(diào)光比。

與額定規(guī)格相似的降壓-升壓型穩(wěn)壓器相比，先升壓后降壓模式驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)額外好處是其傳導(dǎo) EMI 有所降低。升壓轉(zhuǎn)換器由于與輸入相串聯(lián)的主電感器位置之原因，其在 AM 頻段周圍的傳導(dǎo) EMI 通常低于降壓轉(zhuǎn)換器。在先升壓后降壓方案中電感器與輸入相串聯(lián)，而不是在降壓級(jí)和升壓級(jí)之間布設(shè)單個(gè)降壓-升壓電感器。雖然基本的降壓-升壓拓?fù)鋬H需單個(gè)電感器，但在高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中常常需要使用第二個(gè)輸入濾波電感器以降低傳導(dǎo) EMI。

圖 2 中所示的 LT3797 雙輸出先升壓后降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器直接采用一個(gè)汽車輸入來(lái)給兩個(gè) 35W (35V、1A) LED 燈串供電。其在 120Hz 頻率下具有 1000:1 的 PWM 調(diào)光比。另外，它還擁有短路保護(hù)和 LED 開路保護(hù)功能。所有 3 個(gè) PWM 調(diào)光輸入引腳都連接至同一個(gè) PWM 調(diào)光輸入，以最大限度地提高 PWM 調(diào)光比并在 PWM 關(guān)閉時(shí)凍結(jié)所有 3 個(gè)通道的控制環(huán)路狀態(tài)。升壓通道的輸出為穩(wěn)定的 50V。較高的升壓輸出電壓將產(chǎn)生甚至更高的 PWM 調(diào)光比，但代價(jià)是需要使用額定電壓較高的功率組件和效率有所下降。兩個(gè)降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器通道采用 50V 輸入對(duì)兩個(gè) 1A、35V LED 燈串進(jìn)行高效供電。整體轉(zhuǎn)換器效率為 87%。

高的 PWM 調(diào)光比

如上所述，降壓和降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器可提供高于升壓拓?fù)潋?qū)動(dòng)器 (包括降壓-升壓和 SEPIC 轉(zhuǎn)換器) 的帶寬，因而有可能實(shí)現(xiàn)較高的 PWM 調(diào)光比。與升壓拓?fù)洳煌?，降壓拓?fù)湓谡伎毡仍黾訒r(shí)將繼續(xù)向輸出端輸送更多的電能，而前者的輸出則在占空比增加時(shí)短暫地接收較少的電能以提高瞬變期間的電感器電流。為此，在較高的帶寬條件下降壓轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路可得以優(yōu)化 (與升壓轉(zhuǎn)換器分開)。

圖 4：雙路輸出先升壓后降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器 PWM 調(diào)光波形。在 120Hz 頻率下可實(shí)現(xiàn) 1000:1 的調(diào)光比。

此外，在 PWM 調(diào)光期間，在每個(gè)周期的起點(diǎn)，降壓穩(wěn)壓器中的電感器電流不必非得像在升壓穩(wěn)壓器中那樣進(jìn)行那么大幅度的斜坡上升，因?yàn)槠潆娏鹘频扔?(而不是高于) LED 電流。這使得降壓轉(zhuǎn)換器在瞬態(tài)響應(yīng)和 PWM 調(diào)光比方面均優(yōu)于升壓轉(zhuǎn)換器。只要升壓預(yù)調(diào)節(jié)器在瞬變期間不失去其輸出充電電壓，那么先升壓后降壓模式轉(zhuǎn)換器就能夠模仿降壓轉(zhuǎn)換器的高帶寬。

短路和開路 LED 保護(hù)

圖 1 和圖 2 中示出的 LT3797 LED 驅(qū)動(dòng)器具有很強(qiáng)的抗短路性能。高壓側(cè) PMOS 斷接不僅用于 PWM 調(diào)光，而且也用于短路保護(hù) (當(dāng)一個(gè) LED+ 端子短接至地)。獨(dú)特的內(nèi)部電路可監(jiān)察輸出電流過(guò)高的情況，隨之關(guān)斷該通道上的斷接 PMOS 并報(bào)告故障。同樣，假如一個(gè) LED 燈串被移除或發(fā)生開路，則 IC 將限制該通道上的最大輸出電壓并報(bào)告故障。

結(jié)論

LT3797 是一款 2.5V 至 40V 輸入和高達(dá) 100V 輸出的三通道 LED 驅(qū)動(dòng)器，其可在多種拓?fù)渲惺褂?。?dāng)需要進(jìn)行升壓和降壓時(shí)，對(duì)于 1000:1 或更高的最高 PWM 調(diào)光比，該器件的一個(gè)通道可用作升壓預(yù)調(diào)節(jié)器，而另兩個(gè)通道則用作降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器。在所有的拓?fù)渲芯峁┝硕搪繁Ｗo(hù)，從而使得該 IC 成為一款堅(jiān)固和強(qiáng)大的解決方案，適合在眾多的應(yīng)用中驅(qū)動(dòng) LED。