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

寬PWM 占空比范圍內的高效率

在便攜式 DLP 投影機中，功率耗散是一個(gè)極其重要的設計參數。與目前市面上銷(xiāo)售的許多并聯(lián)型大電流 LED 驅動(dòng)器不同，LT3743 在一個(gè)寬 PWM 占空比范圍內擁有卓越的效率。通過(guò)只把功率輸送至負載，而不是將功率旁路掉或者給輸出電容器充電，常見(jiàn)的傳統 PWM 調光型驅動(dòng)器中損失的大部分能量可以節省下來(lái)。圖 5 示出了當 VIN = 12V、并以 0A 至 20A 電流驅動(dòng)一個(gè)綠光 LED 時(shí)，整個(gè)占空比范圍內的效率變化情況。

圖5：12V、20A PWM 調光效率 (采用一個(gè)綠光LED)

停機和精準啟用

當輸送大負載電流時(shí)，執行正確操作所需的電源欠壓閉鎖 (UVLO) 遲滯值在很大程度上取決于電路板布局。為了獲得最大的靈活性，LT3743 具有一個(gè)精準的啟用門(mén)限，而且在 EN/UVLO 引腳電壓低于 1.55V 時(shí)將有一個(gè) 5.5μA 電流源流入該引腳。在輸入電源和地之間使用一個(gè)分壓器，即可給系統增加任意遲滯值。為了在便攜式應用中實(shí)現節能，當 EN/UVLO 引腳電壓低于 0.5V 時(shí)，LT3743 將被完全停用，且電源電流將減小至 1μA 以下。

LED 電流的熱降額

當存在任何大電流負載時(shí)，對于保護昂貴的大電流 LED 和避免發(fā)生遍及整個(gè)系統的損壞而言，正確的熱管理是極為重要的。針對高和低控制電流，LT3743 采用 CTRL_T 引腳來(lái)減小負載中的有效已調電流。當 CTRL_T 引腳電壓低于 CTRL_L 或 CTRL_H 引腳上的控制電壓時(shí)，已調電流將被減小。溫度降額采用一個(gè)連接在 VREF 引腳和地之間的溫度相關(guān)電阻分壓器來(lái)設置。

輸出電壓保護

輸出電壓保護功能對于防止昂貴的投影機 LED 受損是很重要的。LT3743 利用 FB 引腳來(lái)提供一個(gè)針對輸出的已調電壓點(diǎn)。出于簡(jiǎn)化系統設計的目的，LT3743 采用了一個(gè)內部 1V 基準，以在 FB 引腳電壓達到 900mV 時(shí)緩緩地減小已調電流。

強大的柵極驅動(dòng)器

為了提供足夠的驅動(dòng)能力并減少大電流功率 MOSFET 中的開(kāi)關(guān)損失，LT3743 采用了非常強大的開(kāi)關(guān)MOSFET 驅動(dòng)器。LG 和 HG PMOS 上拉驅動(dòng)器的接通電阻通常為 2.5Ω。LG 和 HG NMOS 下拉驅動(dòng)器的接通電阻一般小于 1.3Ω。在接通電阻如此之低的情況下，對于超過(guò) 20A 的應用，可以將兩個(gè)大電流 MOSFET 并聯(lián)起來(lái)使用。目前市面上的大多數 LED 驅動(dòng)器未提供調光 MOSFET 所需的足夠柵極驅動(dòng)能力，因而需要增設一個(gè)外部柵極驅動(dòng)器。LT3743 將之集成在 PWMGL 和 PWMGH 驅動(dòng)器中，并具有一個(gè)典型接通電阻為 2Ω 的 NMOS 下拉驅動(dòng)器和一個(gè)典型接通電阻為 3.7Ω 的 PMOS 上拉驅動(dòng)器，以驅動(dòng)任何 5V 調光 MOSFET。

傳統的 PWM 調光

LT3743 適應任何傳統的 PWM 調光方法。同類(lèi)競爭 LED 驅動(dòng)器所采用的并聯(lián)輸出調光會(huì )造成能量的浪費，而且在 LED 占空比低于約 50% 時(shí)效率欠佳。由于 LT3743 具有兩種電流調節水平，因此當分路被占用時(shí)已調電流可下降至零。即使在低 LED 占空比條件下，這也能提供出色的效率。

圖 6 示出了一款配置有一個(gè)電流受限并聯(lián)輸出的 2A LED 驅動(dòng)器。請注意：CTRL_L 引腳連接至地，PWMGL 引腳用于驅動(dòng)并聯(lián) MOSFET，而CTRL_SEL 引腳則用于調光。在 CTRL_L 引腳接地的情況下，當 CTRL_SEL 引腳為低電平時(shí)，則分路被占用，而且電感器中的電流被調節于 0A。當 CTRL_SEL 引腳為高電平時(shí)，并聯(lián) MOSFET 被關(guān)斷，且已調電流由 CTRL_H 引腳上的電壓來(lái)確定。圖 7 示出了采用一個(gè) 12V 輸入時(shí)的電流受限并聯(lián) PWM 調光。

圖 6：具電流受限并聯(lián)輸出的 6V 至 36V 輸入、2A LED 驅動(dòng)器

圖7：0A 至 2A 電流受限并聯(lián)輸出 PWM 調光

除了并聯(lián)之外，LT3743 還可容易地通過(guò)配置以驅動(dòng)與 LED 的負極相串聯(lián)的調光 MOSFET。當不需要多種電流狀態(tài)時(shí)，這是優(yōu)選的 PWM 調光方法。圖8 示出了一款采用轉換負極 PWM 調光的 6V 至 30V、20A LED 驅動(dòng)器。圖 9 示出了 0A 至 20A 電流階躍和 100:1 調光比條件下的轉換負極 PWM 調光。

圖8：采用轉換負極 PWM 調光的 6V 至 30V、20A LED 驅動(dòng)器

圖9：0A 至 20A 轉換負極 PWM 調光

結論

LT3743 實(shí)現了超快的大電流 LED 上升時(shí)間，并提供了準確的電流調節。由于它具備支持多種電流狀態(tài)的能力，因此通過(guò)實(shí)現 LED 彩色的簡(jiǎn)易混合而滿(mǎn)足了高性能影院級 DLP 投影機的要求。除了速度以外，通過(guò)允許使用一個(gè)緊湊型低值電感器，LT3743 的開(kāi)關(guān)電容拓撲結構還縮減了電路板的外形尺寸。其他特點(diǎn)包括開(kāi)關(guān)周期同步、過(guò)壓保護、高效率以及輕松適應各種應用需求的能力。