一種基于LT3743 LED驅(qū)動器的新型調(diào)光方案詳解

在許多照明應(yīng)用中，人們都采用了能夠產(chǎn)生已調(diào)大電流脈沖的功率驅(qū)動器，從DLP投影機(jī)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(jī)中，高功率LED用于產(chǎn)生彩色照明。這些投影機(jī)中的RGB LED需要精準(zhǔn)的調(diào)光控制以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的彩色混合──在該場合中，除了簡單的PWM調(diào)光以外，還能夠提供更多的控制功能。通常，為了實(shí)現(xiàn)彩色混合中所要求的寬動態(tài)范圍，LED驅(qū)動器必須要能夠在兩種完全不同的已調(diào)峰值電流狀態(tài)之間快速切換，并疊加PWM調(diào)光而不造成任何損壞。LT3743能夠滿足這些苛刻的準(zhǔn)確度和速度要求。

LT3743是一款同步降壓型DC/DC控制器，它運(yùn)用固定頻率、平均電流模式控制，以通過一個(gè)與電感器相串聯(lián)的檢測電阻器準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)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(nèi)，LT3743能夠以±6%的準(zhǔn)確度來調(diào)節(jié)任意負(fù)載中的電流。

通過把準(zhǔn)確的模擬調(diào)光（高光度狀態(tài)和低光度狀態(tài)）與PWM調(diào)光組合起來，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、寬范圍的LED電流控制。模擬調(diào)光通過CTRL_L、CTRL_H和CTRL_T引腳來控制；PWM調(diào)光則通過PWM和CTRL_SEL引腳來控制。通過采用在外部進(jìn)行開關(guān)操作的負(fù)載電容器這種獨(dú)特的做法，LT3743實(shí)現(xiàn)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(nèi)改變已調(diào)LED電流水平。開關(guān)頻率可以在200kHz至1MHz的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置（通過采用一個(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。

開關(guān)輸出電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器中，負(fù)載兩端的電壓存儲于輸出電容器之中。如果負(fù)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(diào)電流相匹配。在轉(zhuǎn)換期間，負(fù)載中的電流未得到良好的控制，因而導(dǎo)致了緩慢的負(fù)載電流響應(yīng)時(shí)間。

LT3743通過采用一種獨(dú)特的開關(guān)輸出電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決了這一問題，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了超快的負(fù)載電流上升和下降時(shí)間。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)背后的基本概念是：LT3743起一個(gè)已調(diào)電流源的作用，負(fù)責(zé)向負(fù)載提供驅(qū)動電流。對于某個(gè)給定的電流，負(fù)載兩端的電壓降存儲于第一個(gè)開關(guān)輸出電容器中。當(dāng)需要一種不同的已調(diào)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(diào)電流相對應(yīng)的負(fù)載電壓降。

圖1示出了具有各種控制引腳的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PWM和CTRL_SEL引腳為數(shù)字控制引腳，用于確定已調(diào)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(biāo)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(diào)電壓。

圖1：基本的開關(guān)電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2示出了對應(yīng)于PWM和CTRL_SEL引腳各種不同狀態(tài)的定時(shí)波形。當(dāng)PWM為低電平時(shí)，所有的開關(guān)操作將被終止，而且兩個(gè)輸出電容器均與負(fù)載斷接。

圖2：LED電流PWM和CTRL_SEL調(diào)光

盡管LT3743可以采用開關(guān)輸出電容器來配置，但它能夠很容易地適應(yīng)任何傳統(tǒng)的模擬和/或PWM調(diào)光方案。

開關(guān)周期同步

LT3743使所有的開關(guān)脈沖邊沿同步至PWM和CTRL_SEL上升沿。同步賦予了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師采用任意周期或非周期PWM調(diào)光脈沖寬度和占空比的自由度。對于大電流LED驅(qū)動器而言，這是從零電流或低電流狀態(tài)恢復(fù)至高電流狀態(tài)過程中必不可少的特點(diǎn)。通過在CTRL_SEL或PWM信號變至高電平時(shí)重新起動時(shí)鐘，電感器電流將立即開始斜坡上升，而無須等待一個(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。當(dāng)采用一個(gè)具SYNC引腳的外部時(shí)鐘時(shí)，開關(guān)周期將在8個(gè)開關(guān)周期之內(nèi)重新同步至外部時(shí)鐘。

一款適合高端DLP投影機(jī)、采用開關(guān)輸出電容器的24V、20A LED驅(qū)動器。高端DLP投影機(jī)要求極高質(zhì)量的圖像和彩色重現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)高的彩色準(zhǔn)確度，各個(gè)LED當(dāng)中的彩色偏差是通過混入其他兩個(gè)彩色LED的色彩來校正的。例如：當(dāng)紅光LED處于滿電流導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，藍(lán)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(zhǔn)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(zhuǎn)換的能力，以保持PWM調(diào)光脈沖沿。圖3示出了一款專供高端DLP投影機(jī)使用的24V/20A LED驅(qū)動器。

圖3：采用開關(guān)輸出電容器的24V/20A LED驅(qū)動器

450kHz的較低開關(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(zhuǎn)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(diào)光開關(guān)接通時(shí)的瞬時(shí)電流。對于實(shí)現(xiàn)快速LED電流轉(zhuǎn)換來說，采用幾個(gè)并聯(lián)的低ESR電容器是至關(guān)緊要的。

已調(diào)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設(shè)定。VREF引腳上的±2%、2V基準(zhǔn)還用于提供溫度降額電路施加在CTRL_T引腳上的基準(zhǔn)信號（見下文中的“LED電流的熱降額”）。

為了減小有可能很大的啟動電流，LT3473采用了一種可壓制已調(diào)電流的獨(dú)特軟起動電路，從而在軟起動引腳充電至1.5V時(shí)提供全驅(qū)動。為了最大限度地縮短不同電流水平之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，LT3743運(yùn)用了針對每種電流水平的單獨(dú)補(bǔ)償，這樣電流控制環(huán)路就可以盡可能快地恢復(fù)穩(wěn)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