具有雙電流調(diào)節(jié)環(huán)路的 LED 控制器可檢測故障 LED 并提供 100:1 的模擬調(diào)光

LT3796-1 是一款 DC/DC 控制器，其專為在輸出端上調(diào)節(jié)一個恒定電流或恒定電壓而設(shè)計，這是驅(qū)動 LED 必不可少的要求。該器件獨一無二地?fù)碛袃蓚€獨立的電流檢測放大器，而且它的高壓側(cè) PMOS 斷接開關(guān)驅(qū)動器既可以與開關(guān)穩(wěn)壓器組合運作 (采用 PWM 引腳)，也可以獨立運作 (采用 TGEN 引腳)。

這些特點使得 LT3796-1 能夠滿足某些特殊 LED 應(yīng)用的需要。例如，在高可靠性照明中，該控制器可被配置為驅(qū)動兩個并聯(lián)的 LED 燈串，以便能檢測任一燈串中的單個故障 LED (采用另一個燈串為基準(zhǔn))?；蛘撸瑢τ谀切┮鬁?zhǔn)確模擬調(diào)光的應(yīng)用，可以對兩個電流檢測放大器進(jìn)行擴(kuò)展以把 LED 電流調(diào)節(jié)在兩個范圍：高和低，從而將一個高功率 LED 驅(qū)動器的模擬調(diào)光能力擴(kuò)展至 100:1，與采用單個電流控制環(huán)路時通?？梢垣@得的調(diào)光范圍相比改善了 10 倍。

利用故障 LED 檢測能力驅(qū)動兩個相同的并聯(lián) LED 燈串

要想檢測燈串中單個出現(xiàn)性能劣化或短路的 LED 是件很棘手的事情，這是因為正向電壓會在整個負(fù)載、溫度和制造容差范圍內(nèi)發(fā)生非常大的變化。消除此類變化的一種方法是采用兩個并聯(lián)的匹配燈串，這樣一來兩個燈串之間的任何正向電壓相對偏差都可以指示某種故障的發(fā)生。在這類解決方案中，燈串最初是采用揀選零部件制作的，其挑選的宗旨是實現(xiàn)總正向電壓降的匹配。

由單個輸出驅(qū)動兩個并聯(lián)燈串的一個潛在問題是，倘若其中的一個燈串變至開路或不導(dǎo)通狀態(tài)，那么另一個燈串中就可能流過兩倍的電流。LT3796-1 中的雙電流調(diào)節(jié)環(huán)路可用于避免發(fā)生這種電流擾亂的情況。

圖 1 示出了怎樣在一個升壓 LED 驅(qū)動器中配置 ISP/ISN 和 CSP/CSN 電流檢測放大器。在正常操作中，ISP/ISN 電流環(huán)路起主導(dǎo)作用并設(shè)定 LED 電流。流過 LED 燈串 1 的電流在 ISMON 上報告。CSP/CSN 電流環(huán)路一般負(fù)責(zé)在 CSOUT 引腳上提供監(jiān)視，因為它被設(shè)定在比 FB2 的調(diào)節(jié)點低 25%。CSOUT 引腳按下式報告 LED 燈串 2 的電流：

如果兩個燈串呈現(xiàn)不平衡，則報告引腳 ISMON 和 CSOUT 將以電壓來顯示相對的 LED 電流偏差。通過在外部比較兩個模擬信號，可利用一個外部控制器觸發(fā)故障信號。

圖 1：用于成對 LED 燈串的升壓 LED 驅(qū)動器，其具有針對任一燈串中的故障 LED 之檢測和保護(hù)功能

圖 2 示出了燈串 1 中的一個 LED 短路時的示波器波形。ISP/ISN 電流檢測放大器可即時檢出過流事件，并將兩個 PMOS 開關(guān)全部斷接。在一個軟起動周期之后，ISP/ISN 電流環(huán)路開始將 LED 燈串調(diào)節(jié)在一個新的輸出電壓，此電壓對應(yīng)于 8 個 LED 的正向電壓降。由于新的輸出電壓不能驅(qū)動 9 個 LED，因此 LED 燈串 2 停止傳導(dǎo)電流且 CSOUT 報告 0V。同樣，假如燈串 2 中的一個 LED 短路，則 CSP/CSN 電流環(huán)路接管控制并通過 FB2 引腳將輸出電流調(diào)節(jié)至 625mA，如圖 3 所示。LED 燈串 1 此時停止傳導(dǎo)電流且 ISMON 報告 0V。

圖 2：將燈串 1 中一個 LED 短路 (針對圖 1 所示電路)

圖 3：將燈串 2 中一個 LED 短路 (針對圖 1 所示電路)

另外，該轉(zhuǎn)換器還通過高壓側(cè) PMOS 斷接開關(guān)驅(qū)動器引腳 TG 為兩個燈串提供了高性能 PWM 調(diào)光和穩(wěn)健的短路保護(hù)。位于 ISP/ISN 電流檢測放大器內(nèi)部的內(nèi)置過流比較器負(fù)責(zé)保護(hù)燈串 1 免遭短路的損壞，而由 D4、Q1 和 R9~R11 形成的電路則用于檢測燈串 2 的短路、將 FB1 引腳驅(qū)動至高電平和關(guān)斷PMOS 開關(guān) (M2 和 M3)。

具 100:1 模擬調(diào)光比的 LED 驅(qū)動器

許多高功率 LED 應(yīng)用要求一個很高的模擬調(diào)光比，而這依靠單個電流檢測通路是很難實現(xiàn)的。問題在于動態(tài)范圍：在高電流條件下，需要一個低差分電壓 (通常為 250mV 或更低) 以限制檢測電阻器中的功率耗散，但由于可用信號如此之小，因此即使面對 10% 的模擬調(diào)光，幾 mV 的電流檢測放大器準(zhǔn)確度也會對檢測電壓中的誤差產(chǎn)生相當(dāng)可觀的影響。LT3796-1 的兩個電流檢測環(huán)路通過在兩個環(huán)路之間分割電流調(diào)節(jié)任務(wù)而使其能夠產(chǎn)生一個高的模擬調(diào)光比。一個環(huán)路具有用于限制高電流通路中功率耗散的低值檢測電阻器，而另一個環(huán)路則在低電流通路中使用了一個較高的檢測信號以在不太擔(dān)心功率耗散的場合提升準(zhǔn)確度。圖 4 示出了通過采用 LTC1541 (一款內(nèi)置于單個封裝中的高精度基準(zhǔn)、運放和比較器) 而將 LT3796-1 配置為在 SEPIC 模式中產(chǎn)生 100:1 模擬調(diào)光比的情形。

圖 4：一款具 100:1 模擬調(diào)光比的 SEPIC 模式 LED 驅(qū)動器

假設(shè) M2 的 RDS(ON) 可忽略不計，那么在介于 200mA 和 1A 之間的高電流范圍中，ISP/ISN 電流環(huán)路將輸出電流調(diào)節(jié)在：

當(dāng) VCTRL 降至低于 1.2V 時，LTC1541 的比較器將強制 TGEN 引腳為低電平并斷接 M2。于是，LED 燈串僅由 CSP/CSN 環(huán)路進(jìn)行檢測和調(diào)節(jié)。當(dāng) CSP/CSN 環(huán)路負(fù)責(zé)控制時，F(xiàn)B2 引腳電壓被調(diào)節(jié)在 1.25V，而 CTRL_IN 輸入通過從 CSOUT 引腳拉出電流 (經(jīng)由 R6) 來設(shè)定 CSP/CSN 門限。CSP/CSN 調(diào)光范圍從 668mV 至 33.4mV，可檢測介于 200mA 至 10mA 之間的低 LED 電流，同時保持準(zhǔn)確度?？傊?，組合的雙電流環(huán)路可提供 100:1 的模擬調(diào)光范圍，如圖 5 所示。

圖 5：ILED 與 CTRL 的關(guān)系 (針對圖 4 中的解決方案)

結(jié)論

LT3796-1 是一款 LED 控制器，其具有兩個帶報告功能的獨立電流檢測放大器、兩個 FB 引腳和一個高壓側(cè)斷接開關(guān)驅(qū)動器。另外，該器件還擁有穩(wěn)健的故障保護(hù)功能和一個通用的工具集，可應(yīng)對諸如高可靠性和高性能模擬調(diào)光等富有挑戰(zhàn)性的 LED 應(yīng)用。