大電流4通道LED驅(qū)動器LT3476及其應(yīng)用

2 性能特點
LT3476的特點是：①采用True Color PWMTM調(diào)光，可提供高達(dá)l 000：1的調(diào)光比；②采用高壓側(cè)檢測，進(jìn)行LED電流調(diào)節(jié)；③VADJ引腳可在10~120 mV范圍內(nèi)準(zhǔn)確設(shè)定LED電流的檢測門限；④具有4個1．5 A，36 V內(nèi)部NPN開關(guān)的獨立驅(qū)動器通道；⑤頻率調(diào)節(jié)引腳范嗣為200 kHz~2 MHz；⑥轉(zhuǎn)換效率高達(dá)96％；⑦具有開路LED保護(hù)；⑧在運行模式下，低靜態(tài)電流為22 mA，在停機模式下低靜態(tài)電流小于10μA；⑨輸入電壓范圍寬，UIN=2．8～16V；⑩采用耐熱增強型38引腳5 mmx7 mm QFN封裝。

3 引腳功能說明
LT3476采用38引線，5 mmx7 mm QFN封裝。圖l給出其引腳配置圖。其中，VCl，VC4，VC3，VC2(引腳1、12、13、38)為誤差放大器的補償端；LEDl，LED2，LED3，LED4(引腳2，5，8，11)為電流檢測誤差放大器的同相輸入端；CAPl，CAP2，CAP3，CAP4(引腳3，4，9，10)為電流檢測誤差放大器的反相輸入端；RT(引腳6)為振蕩器的頻率設(shè)置端；REF(引腳7)為基準(zhǔn)輸出端；VADJ4，VADJ3，VAD2，VADJ1(引腳14，15，36，37)為LED的電流調(diào)節(jié)端；PWM4，PWM3，PWM2，PWMl(引腳16，17，34，35)為低電平信號端，用于關(guān)閉通道，停用主開關(guān)：SHDN(引腳18)為停機端，當(dāng)該引腳上的電壓高于1．5 V時，該器件接通；NC(引腳19，20，21，30，31，32)未使用端，為更好地散熱，需與接地引腳39連接；SW4，SW3，SW2，SWl(引腳22，23，24，25，26，27，28，29)為開關(guān)引腳端；VIN(引腳33)為輸入電源引腳端；GND(引腳39)為電源及信號地端。

4 功能描述
圖2示出LT3476的結(jié)構(gòu)框圖。LT3476是一款具有內(nèi)部電源開關(guān)的恒頻率電流模式穩(wěn)壓器。在每個振蕩周期的起點，設(shè)定SR鎖存器，接通主電源開關(guān)VQ1，其電壓則隨VQ1的電流成比例增減，并施加至一穩(wěn)定的斜坡信號上，其最終值反饋給PWM比較器A2的極端。當(dāng)該電壓高于A2負(fù)極上的輸入電壓時，SR鎖存器復(fù)位，關(guān)斷電源開關(guān)。A2負(fù)極上的輸入電壓是由誤差放大器A1提供的，其大小取決于內(nèi)部電阻RSET兩端電壓與外部電流檢測電阻RSNS兩端電壓之差。以此方式使Al設(shè)置正確的峰值開關(guān)電流，用以調(diào)節(jié)流過RSNS上的電流。VQ1上的輸出電流則隨A1輸出的增加而增加，隨Al輸出的減少而減少。

通過VADJ輸入引腳改變RSET兩端電壓，可以調(diào)整RSNS上的電流大小。通過放大器A4可調(diào)整VQ3的輸出電流，使RSET兩端生成一個與VADJ相等的電壓，并使CAP引腳上的輸入電壓為VADJ輸入的1／10。當(dāng)A4的輸入電壓為1．25 V時，RSET上的電壓典型極限值為125 mV。采用PWM引腳來調(diào)整RSNS上的平均電流，以便對LED照明調(diào)光。當(dāng)PWM引腳為低電平時，禁止VQ1操作，關(guān)斷A1，所以它不會驅(qū)動VC引腳。此時，所有VC引腳上的內(nèi)部載荷均停用，這樣外部補償電容器上將保存VC引腳的充電狀態(tài)。當(dāng)PWM引腳上的電平由低變高時，開關(guān)所需電流將恢復(fù)至PWM上一次變換至低電平之前的數(shù)據(jù)，該功能可減少瞬變恢復(fù)時間。

5 典型應(yīng)用
圖3給出用于驅(qū)動四路l Ax8 LED時LT3476的典型應(yīng)用。
5．1 開關(guān)頻率設(shè)置
LT3476的開關(guān)頻率取決于一個連接在RT引腳與GND之間的外部電阻器。RT引腳不能開路，也不能連接電容器，必須始終連接一只電阻。開關(guān)頻率fc與RT的阻值大小有關(guān)。當(dāng)fc=200 kHz時，RT=140 kΩ；當(dāng)fc=400 kHz時，RT=61．9 kΩ；當(dāng)fc=1 MHz時，RT=21 kΩ；當(dāng)fc=12MHz時，RT=16．2kΩ；當(dāng)fc=2MHz時，RT=8．25kΩ。
一般來說，在需要很高或很低開關(guān)占空比操作時，或者希望獲得較高效率時，應(yīng)采用較低的開關(guān)頻率。若選擇較高的開關(guān)頻率，應(yīng)使用數(shù)值較小的外部元件，以實現(xiàn)較小的外形尺寸。然而對高頻下的PWM調(diào)光，因為較高的開關(guān)頻率(較短的開關(guān)周期)只需在每個開關(guān)周期起點處一個很窄的時隙中對PWM引腳的狀態(tài)進(jìn)行采樣，所以能實現(xiàn)更好的調(diào)光控制。
5．2 電感選擇
用于LT3476的電感，其額定飽和電流應(yīng)為2．5 A或更大。為了獲得最佳閉環(huán)穩(wěn)定性效果，選定的電感值應(yīng)能提供一個350 mA或更大的紋波電流。對于降壓或升壓型配置而言，在RT引腳使用一個2lkΩ電阻的情況下(TSW≈1μs)，大多數(shù)應(yīng)用表明。電感的推薦值在4．7~10μH之間。在降壓模式中，電感值的估計算式為：

式中：DBUCK=VLED/VCAP；VLED為LED串兩端的電壓；VCAP為電壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓；TSW為LED驅(qū)動器開關(guān)引腳的開關(guān)周期，單位為μs。
在升壓模式中，電感值的估算公式為：

5．3 輸入輸出電容器的選擇
為了運行可靠，應(yīng)在LT3476的VIN引腳附近設(shè)置一個與地連接的lμF或更大的旁路電容器(最好選擇陶瓷電容器)。對于降壓型配置來說，當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時，因肖特基二極管返回的電流會在功率轉(zhuǎn)換器的輸入電容器上產(chǎn)生較大的脈沖電流，所以應(yīng)選擇較低等效串聯(lián)電阻值(ESR)和等效串聯(lián)電感值(ESL)的電容器，并使其滿足紋波電流的要求。通?？稍诳拷ぬ鼗O管與接地平面處設(shè)置一個2．2μF的陶瓷電容器。輸出濾波電容器的選擇取決于負(fù)載的大小以及配置升壓型轉(zhuǎn)換器還是降壓型轉(zhuǎn)換器。對LED的應(yīng)用來說，發(fā)光二極管的等效電阻比較低，因此選擇輸出濾波電容器時，應(yīng)盡量將電感產(chǎn)生的紋波電流衰減至35 mA以下。所需電容值的估算公式為：

式中：TSW為LED驅(qū)動器開關(guān)引腳的開關(guān)周期；RLED為LED串的等效電阻值，當(dāng)RLED=5Ω，TSW=lμs時，濾波電容的典型值為0．47μF。
為實現(xiàn)環(huán)路的穩(wěn)定性，假設(shè)輸出極點位于閉環(huán)增益為1的頻率上，這樣用于環(huán)路補償?shù)闹鳂O點將取決于VC輸入端的電容器。

對于LED的升壓應(yīng)用，由于源電流的脈動特性，所需的濾波電容器數(shù)值約為上述計算值的5倍。因此對于每個通道來說，往往在靠近肖特基二極管與IC接地平面處設(shè)置一個2．2μF陶瓷型電容器就足夠了。
5．4 LED電流調(diào)節(jié)
可通過一個與負(fù)載串聯(lián)的外部檢測電阻來調(diào)節(jié)LED的電流。該方法在驅(qū)動負(fù)載的過程中能檢測多個并聯(lián)LED串中的一個，并能保持較好的準(zhǔn)確度。VADJ輸入引腳負(fù)責(zé)把外部檢測電阻器兩端的電壓門限值設(shè)定在10~120 mV之間。REF引腳提供一個1．05 V的基準(zhǔn)輸出電壓，并通過電阻分壓器或直接連接用于驅(qū)動VADJ引腳，以提供105 mV的全標(biāo)度電流，也可采用一個D／A轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動VADJ引腳。VADJ引腳不能置于開路狀態(tài)。如果VADJ的輸入與一個高于1．25 V的電壓相連，則CAP與LED兩端的缺省調(diào)節(jié)門限為125 mV。VADJ引腳也可外接一PTC熱敏電阻，以對LED負(fù)載進(jìn)行過熱保護(hù)。圖4示出過熱保護(hù)電路。
5．5 調(diào)光控制
采用LT3476控制調(diào)光電流源的方法有兩種。一是LED的常用方法。它采用PWM引腳把電流源調(diào)整在零電流與滿電流之間，以實現(xiàn)一個精準(zhǔn)編程的平均電流。為了使這種電流控制方法更加準(zhǔn)確，在靜態(tài)期間，把需要的開關(guān)電流存儲于VC節(jié)點上。當(dāng)PWM信號變至高電平時，該功能將最大限度地縮減恢復(fù)時間。最小的PWM接通或關(guān)斷時間取決于通過RT引腳所選擇的工作頻率。為了獲得最佳的電流準(zhǔn)確度，最小的PWM低電平或高電平時間至少為10個開關(guān)周期。遵循該準(zhǔn)則有兩個原因：其一是為了在關(guān)斷前使輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)，其二是振蕩器未被同步至PWM信號，而且在從PWM走高到開關(guān)操作開始之間可能存在長達(dá)1個開關(guān)周期的延遲，不過該延遲并非使用于PWM信號的負(fù)變換。如果在LED電流通路中使用一個斷接開關(guān)，則最小的PWM低電平／高電平時間可被縮短至5個開關(guān)周期。第二種方法是采用VADJ引腳在PWM高態(tài)期間對電流檢測門限進(jìn)行線形調(diào)節(jié)。LED電流的編程功能增強了PWM調(diào)光控制能力，有可能使總調(diào)光范圍擴(kuò)大10倍。

6 結(jié)語
半導(dǎo)體照明正在引發(fā)世界范圍內(nèi)照明光源的一場革命。作為新型高效固體光源，半導(dǎo)體照明具有長壽命、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富、微型化等優(yōu)點，將成為人類照明史上的又一次飛躍。LED驅(qū)動器是半導(dǎo)體照明能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。由于LT3476可同時驅(qū)動多達(dá)32個1 A LED，并能使用PWM信號方便地以高達(dá)l 000：l的調(diào)光比進(jìn)行調(diào)光，因此它的出現(xiàn)必將加速大功率白光LED在照明領(lǐng)域的實用化進(jìn)程。