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

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

當輸入電壓源具有很寬的變化范圍并且會高于和低于 LED 燈串的額定電壓時，人們通常采用一種降壓-升壓或 SEPIC 拓撲。與單純降壓或單純升壓的穩(wěn)壓器相比，這些拓撲具有一些缺點，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。

避免此類問題的方法之一是利用一個電壓預(yù)調(diào)節(jié)器對寬范圍的輸入進行升壓，并將之用作一個單純降壓 LED 驅(qū)動器的輸入。這種做法的優(yōu)點是可實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 具有三個可用于電壓調(diào)節(jié)或 LED 驅(qū)動的通道，因此一個通道可用來把輸入電壓提升至一個較高的電壓，該電壓隨后可用于給兩個采用另兩個通道形成的高帶寬降壓模式 LED 驅(qū)動器供電。

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

采用降壓 LED 驅(qū)動器可實現(xiàn)比采用升壓模式驅(qū)動器時更高的 PWM 調(diào)光比。為了在采用一個寬范圍輸入的情況下實現(xiàn)高的 LED 調(diào)光比，可利用一個預(yù)調(diào)節(jié)器將低輸入電壓提升至一個中間電壓。這個經(jīng)過升壓的中間輸出充當降壓模式 LED 驅(qū)動器的輸入。圖 2 示出了采用單個 LT3797 實現(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)動器

三路輸出 LED 驅(qū)動器 (多拓撲、高效率)

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

當 LED 燈串未回接至 GND 時，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壓保護，從而免除了增設(shè)一個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 93% 的三路輸出升壓型 LED 驅(qū)動器，其采用一個汽車輸入為三個 50W (50V、1A) LED 燈串供電。該器件具有 250:1 PWM 調(diào)光比 (在 120Hz) 和短路保護功能。一個內(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 VIN 降到低至 2.5V 時也不例外)，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 (即使當升壓級以其自己的常規(guī)速度恢復(fù)時也不例外)。

雙輸出先升壓后降壓模式 LED 驅(qū)動器

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

與增設(shè)單獨的升壓 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)，并且其輸出不會在降壓模式 LED 驅(qū)動器重新接通時出現(xiàn)驟降。如果升壓穩(wěn)壓器的PWM 在 PWM 關(guān)閉時間里未關(guān)斷，或采用一個單獨的升壓 IC，則升壓轉(zhuǎn)換器的帶寬會限制最大 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)動器的一個額外好處是其傳導(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)，而不是在降壓級和升壓級之間布設(shè)單個降壓-升壓電感器。雖然基本的降壓-升壓拓撲僅需單個電感器，但在高功率 LED 驅(qū)動器應(yīng)用中常常需要使用第二個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)動器直接采用一個汽車輸入來給兩個 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，它還擁有短路保護和 LED 開路保護功能。所有 3 個 PWM 調(diào)光輸入引腳都連接至同一個 PWM 調(diào)光輸入，以最大限度地提高 PWM 調(diào)光比并在 PWM 關(guān)閉時凍結(jié)所有 3 個通道的控制環(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。兩個降壓模式 LED 驅(qū)動器通道采用 50V 輸入對兩個 1A、35V LED 燈串進行高效供電。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)動器可提供高于升壓拓撲驅(qū)動器 (包括降壓-升壓和 SEPIC 轉(zhuǎn)換器) 的帶寬，因而有可能實現(xiàn)較高的 PWM 調(diào)光比。與升壓拓撲不同，降壓拓撲在占空比增加時將繼續(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)動器 PWM 調(diào)光波形。在 120Hz 頻率下可實現(xiàn) 1000:1 的調(diào)光比。

此外，在 PWM 調(diào)光期間，在每個周期的起點，降壓穩(wěn)壓器中的電感器電流不必非得像在升壓穩(wěn)壓器中那樣進行那么大幅度的斜坡上升，因為其電流近似等于 (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

圖 1 和圖 2 中示出的 LT3797 LED 驅(qū)動器具有很強的抗短路性能。高壓側(cè) PMOS 斷接不僅用于 PWM 調(diào)光，而且也用于短路保護 (當一個 LED+ 端子短接至地)。獨特的內(nèi)部電路可監(jiān)察輸出電流過高的情況，隨之關(guān)斷該通道上的斷接 PMOS 并報告故障。同樣，假如一個 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告故障。

結(jié)論

LT3797 是一款 2.5V 至 40V 輸入和高達 100V 輸出的三通道 LED 驅(qū)動器，其可在多種拓撲中使用。當需要進行升壓和降壓時，對于 1000:1 或更高的最高 PWM 調(diào)光比，該器件的一個通道可用作升壓預(yù)調(diào)節(jié)器，而另兩個通道則用作降壓模式 LED 驅(qū)動器。在所有的拓撲中均提供了短路保護，從而使得該 IC 成為一款堅固和強大的解決方案，適合在眾多的應(yīng)用中驅(qū)動 LED。