DC／DC轉(zhuǎn)換器LT3496及其在多通道LED驅(qū)動(dòng)器上的應(yīng)用

1概述

　　凌力爾特公司(Linear Technology Corporation)的2 MHz DC／DC轉(zhuǎn)換器LT3496是針對(duì)3通道恒定電流LED驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的。LT3496的每通道都可驅(qū)動(dòng)多達(dá)8個(gè)串聯(lián)的500 mA LED。因此該器件能驅(qū)動(dòng)多達(dá)24個(gè)500 mA LED。由于每通道都以獨(dú)立的True Color PWMTM信號(hào)工作，因此每個(gè)通道都能以高達(dá)3 000：1的調(diào)光比獨(dú)立調(diào)光；其固定的工作頻率及電流模式架構(gòu)確保了在寬電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。另外，頻率調(diào)節(jié)引腳使用戶(hù)能夠在330 kHz至2.1 MHz范圍內(nèi)對(duì)頻率編程，優(yōu)化效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件尺寸。采用耐熱增強(qiáng)型4 mm×5 mm QFN封裝。

　　LT3496在LED的高端檢測(cè)輸出電流，可實(shí)現(xiàn)降壓、降壓-升壓或升壓型配置。用戶(hù)可采用一只外部檢測(cè)電阻編程設(shè)置每通道的輸出電流范圍。3個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器通道內(nèi)部都有750 mA、45 V NPN開(kāi)關(guān)，并有內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器用于PMOS通斷。LT3496還具有LED開(kāi)路保護(hù)和熱量限制功能。LT3496主要應(yīng)用于RGB照明、廣告牌和大屏幕顯示、汽車(chē)和電子設(shè)備照明及恒流源等。

2主要特性及引腳功能

　　LT3496的主要特性如下：

　　True Color PWM調(diào)光可實(shí)現(xiàn)高達(dá)3 000：1的調(diào)光比；
　　內(nèi)置柵極驅(qū)動(dòng)器用于PMOS LED短接；
　　具有700 mA、45 V內(nèi)部開(kāi)關(guān)的3個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器通道；
　　以降壓、升壓、降壓-升壓模式工作；
　　CTRL引腳在10 mV～100 mV范圍內(nèi)準(zhǔn)確地設(shè)置LED電流檢測(cè)門(mén)限；
　　低靜態(tài)電流：工作模式時(shí)為6 mA，在停機(jī)模式時(shí)<10μA；
　　可調(diào)開(kāi)關(guān)頻率為：300 kHz～2.1 MHz；
　　LED開(kāi)路保護(hù)；
　　寬輸入電壓范圍為3 V～40 V；
　　表面貼裝組件；
　　28引線(4 mm×5 mm)QFN封裝。

　　LT3496的引腳排列如圖1所示，各引腳的功能描述如表1所列。

3工作原理及應(yīng)用電路設(shè)計(jì)

3.1 LT3496工作原理

　　LT3496的工作頻率固定，采用電流模式架構(gòu)提供最好的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)。通過(guò)圖2的電路框圖以了解LT3496的工作原理。圖2中一部分是由振蕩器、斜波發(fā)生器、參考電路、內(nèi)部調(diào)節(jié)器和UVLO組成，這部分被3個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)器共享；另一部分是由控制電路、電源開(kāi)關(guān)等組成，該部分復(fù)制給每一個(gè)驅(qū)動(dòng)器所用。如果引腳SHDN接地，則LT3496被關(guān)閉，電源電流最??；如果引腳SHDN的電壓大于1.5 V，內(nèi)部偏置電路開(kāi)啟，當(dāng)它們各自的PWM信號(hào)為高電平時(shí)．開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器開(kāi)始工作。

　　下面以一個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)器為例，詳細(xì)介紹主控環(huán)的工作情況。每個(gè)振蕩器周期的起始點(diǎn)都要設(shè)置SR鎖存(A3)，開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)Q1。PWM比較器A2的同相輸入端上的信號(hào)與開(kāi)關(guān)電流和振蕩器斜波信號(hào)的總和成比例，當(dāng)斜波信號(hào)大于VC(誤差放大器A1的輸出)時(shí)，A2重新設(shè)置鎖，并通過(guò)A4和A5關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)Q1，并通過(guò)A10和A2獲得合適的峰值電流以保持穩(wěn)定輸出。放大器A8有兩個(gè)同相輸入端，一個(gè)是1 V參考，另一個(gè)是CTRL1信號(hào)。對(duì)二者來(lái)說(shuō)，其電壓較低者優(yōu)先，R1上的電壓V1是二者電壓值較低者的1／10。VSENSE是串聯(lián)在LED上感應(yīng)電阻RSENSE的電壓，VSENSE與V1在A1比較器中比較，若VSENSE大于V1，A1輸出減小，流進(jìn)LED電流減小，最終，VSENSE降至V1。

　　通過(guò)PWM1和外部P-MOSFET(M1)脈寬調(diào)制以調(diào)節(jié)LED1亮度，如果PWM1電壓升高，內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器A7開(kāi)啟M1，驅(qū)動(dòng)器1正常工作，反之，Q1關(guān)閉，驅(qū)動(dòng)器1停止工作，M1關(guān)閉，LED1斷開(kāi)，輸出電容C2的電流為零，VC1也與內(nèi)部電路斷開(kāi)，補(bǔ)償電容CC上的電流減至最小，VC1和輸出電容維持LED1電流狀態(tài)直到PWM1再次升高。整個(gè)過(guò)程使其脈寬和輸出亮度之間具有良好的線性關(guān)系，確保亮度調(diào)節(jié)范圍寬且精確。為了優(yōu)化三個(gè)通道的PWM控制，這里還同步了三個(gè)通道PWM信號(hào)的上升沿。在不要求高調(diào)光率的應(yīng)用中，可省去MOSFET M1以節(jié)約成本。

　　LT3496含有LED開(kāi)路保護(hù)電路，如圖2所示。OVP1收到外部分壓電阻上的反饋信號(hào)，在比較器A6中，OVP1電壓與1 V參考相比較，確定LED的通斷。若驅(qū)動(dòng)器1的輸出電壓增加，使OVP1電壓上升，當(dāng)OVP1電壓超過(guò)1 V時(shí)，電源開(kāi)關(guān)Q1關(guān)閉，輸出電壓下降，最終，OVP1電壓降至1 V并限定其輸出，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器1進(jìn)行LED開(kāi)路保護(hù)，另外兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器則正常運(yùn)行。

　　LT3496開(kāi)關(guān)頻率是由FADJ電壓控制，設(shè)置FADJ電壓小于1 V可降低開(kāi)關(guān)頻率；若FADJ電壓大于1 V，則默認(rèn)頻率為2.1 MHz。通常，在要求開(kāi)關(guān)占空比極值時(shí)或要求高效率的應(yīng)用中采用較低的開(kāi)關(guān)頻率。若選擇高開(kāi)關(guān)頻率．需最大限度地減小外部組件的尺寸。

　　將VREF、FADJ連接至低通濾波器(圖2中的R5和C4)，這樣則具備了軟啟動(dòng)功能。在啟動(dòng)期間，F(xiàn)ADJ電壓從0 V慢慢增加至設(shè)定電壓，其開(kāi)關(guān)頻率慢慢增加至設(shè)定值，這個(gè)功能在啟動(dòng)期間限制瞬間浪涌電流。另外，LT3496還有欠壓鎖定電路，在輸入電壓低于2.4 V時(shí)關(guān)閉三個(gè)通道的驅(qū)動(dòng)器，以防止驅(qū)動(dòng)器在低壓下不穩(wěn)定時(shí)誤操作。

3.2 LT3496應(yīng)用電路

　　圖3所示是最小BOM降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用電路。為了正常工作，在VIN與GND之間必須放置一只旁路電容，該電容為低ESR陶瓷電容，容量值為1 μF或更高。降壓模式中，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于電流反饋回肖特基二極管，使PVIN上電容的電流脈沖最大。為了得到最佳可靠性，該電容應(yīng)具有低ESR和ESL特性，并具有適當(dāng)?shù)念~定電流。RMS輸入電流為：

　　在LED應(yīng)用中，LED的相對(duì)阻抗較低，輸出濾波電容足以降低紋波電流，為了得到相同的LED紋波電流，升壓和降壓-升壓模式應(yīng)用中所需濾波電容容值比降壓模式中的容值大。對(duì)于降壓模式的LED，通常每通道須接一只0.22μF的陶瓷電容；而對(duì)于升壓和降壓-升壓模式，每通道需接一只1 μF的陶瓷電容。圖4為三通道升壓100 mA×10 LED驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用電路。 



　　連接一只與LED負(fù)載串聯(lián)的外部感應(yīng)電阻RSENSE，可對(duì)每通道的LED電流編程設(shè)置，同時(shí)用CTRL輸入設(shè)置感應(yīng)電阻的電壓調(diào)節(jié)門(mén)限。若CTRL電壓VCTRL小于1 V，LED電流ILED=VCTRL／(10 RSENSE)，如果VCTRL大于1 V，LED電流ILED=100 mV／RSENSE CTRL還可與PTC電熱調(diào)節(jié)器相結(jié)合，提供LED負(fù)載的過(guò)熱保護(hù)，如圖5所示。


 
4 結(jié)束語(yǔ)

　　作為三路輸出的LED驅(qū)動(dòng)器，LT3496可驅(qū)動(dòng)多達(dá)24個(gè)500 mA LED，并提供3 000：1的TrueColor PWM調(diào)光，用戶(hù)可根據(jù)需要選擇相應(yīng)數(shù)量和電流值的LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)檢測(cè)LED高端的輸出電流，實(shí)現(xiàn)降壓、降壓-升壓或升壓型的不同配置。另外，用戶(hù)只需用一只外部檢測(cè)電阻就可編程設(shè)置每個(gè)通道的輸出電流，使用方便。LT3496在RGB照明、大屏幕顯示及電子設(shè)備照明等方面具有廣泛的應(yīng)用空間。