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     LED照明解決方案廣受歡迎的原因之一，是LED能通過(guò)簡(jiǎn)單的電流控制來(lái)獲得很寬的調光范圍，比如汽車(chē)儀表盤(pán)和飛機駕駛員座艙等環(huán)境照度可能非常低的應用場(chǎng)合就需要非常寬的PWM調光范圍。凌力爾特公司的LT3478和LT3478-1是單芯片升壓型DC/DC轉換器，能在很寬的可設置范圍內利用恒定電流來(lái)驅動(dòng)高亮度LED。除了可選的10:1模擬調光范圍之外，LT3478和LT3478-1還具有3000:1的PWM調光范圍，可以保持LED的色彩。

     LT3478和LT3478-1的易用性很好，并具有旨在優(yōu)化性能、可靠性、外形尺寸和總成本的可編程功能。這些器件可工作在升壓、降壓和降升壓型LED驅動(dòng)器拓撲結構中。它們所能提供的LED電流大小取決于拓撲結構，最高可達4A。LT3478和LT3478-1是大功率LED應用(包括汽車(chē)和航空電子照明)的理想選擇，它們采用16引腳耐熱增強型TSSOP封裝，具有E級或I級溫度額定值。

圖1：面向汽車(chē)TFT LED背光應用的升壓型LED驅動(dòng)電路。

     LT3478和LT3478-1的工作原理與傳統的電流式升壓型轉換器相似，但它們采用LED電流(而不是輸出電壓)作為控制環(huán)路的主反饋源。圖2給出了各部分的主要功能。這兩款器件均采用高壓側LED電流檢測，以便可以工作在降壓和降升壓模式。LT3478-1通過(guò)集成電流檢測電阻器來(lái)節省空間和成本，并將最大LED電流限制為1.05A。LT3478采用外部檢測電阻器，允許最大可編程LED電流為4A。

圖2：LT3478和LT3478-1功能框圖。

     設置最大LED電流

     調光的電流控制是一個(gè)重要的特性，但避免LED過(guò)驅動(dòng)(超過(guò)其最大額定電流)也同樣很重要。LT3478和LT3478-1使設置最大電流以及根據溫度降低最大電流變得非常容易。

圖3：用來(lái)設置最大LED電流的電路連接圖。

     LT3478和LT3478-1利用CTRL1引腳電壓來(lái)控制最大LED電流，除非器件被設置為根據溫度降低最大LED電流(利用CTRL2引腳來(lái)完成)?？梢岳脧腣REF(見(jiàn)圖3)或外部電壓電源引出的簡(jiǎn)單電阻分壓器來(lái)設置CTRL1引腳電壓，也可以直接將CTRL1連接至VREF引腳，以提供最大電流。圖4給出了LED電流與CTRL1引腳電壓的關(guān)系曲線(xiàn)。

     圖4：LED電流與CTRL1引腳電壓的關(guān)系曲線(xiàn)。

     根據溫度降低最大LED電流

     為確保最佳的可靠性，LED制造商規定了最大容許LED電流與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)(圖5)。如果不根據溫度調節最大LED電流，可能對LED造成永久損壞。

圖5：LED電流下降曲線(xiàn)與環(huán)境溫度的關(guān)系。

圖6：設置LED電流降額曲線(xiàn)與溫度的關(guān)系。

     LT3478和LT3478-1通過(guò)CTRL2引腳來(lái)降低電流。如圖6所示，只需通過(guò)一個(gè)與溫度有關(guān)的電阻分壓器把CTRL2引腳連接至VREF即可。當溫度上升時(shí)，CTRL2引腳電壓下降，當CTRL2引腳電壓降至低于CTRL1引腳電壓時(shí)，則由CTRL2引腳電壓設置最大LED電流(圖7)。

     LED電流開(kāi)始下降時(shí)的溫度以及電流下降的快慢由所采用的電阻網(wǎng)絡(luò )/阻值來(lái)選擇。表1列出了NTC電阻器制造商村田電子、TDK和Digi-Key的網(wǎng)站信息。Murata Electronics(村田電子)公司特別提供了一個(gè)用于選擇所需的電阻器組合形式(如圖6所示)的在線(xiàn)仿真程序，其中包括一份說(shuō)明NTC電阻器規格的產(chǎn)品目錄。圖5給出了LT3478-1編程LED電流下降與溫度關(guān)系曲線(xiàn)的一個(gè)實(shí)例，采用的是圖6所示的可選方案C，其中：R4=19.3k、RY=3.01k、RNTC=22k(NCP15XW223J0SRC)。有關(guān)如何通過(guò)手工計算來(lái)確定這些數值的更加詳盡的描述，請查閱LT3478和LT3478-1的數據表。

     表1：NTC電阻器制造商/分銷(xiāo)商。

     圖7：CTRL1和CTRL2引腳電壓與溫度的關(guān)系曲線(xiàn)。

     模擬調光

     許多LED應用都需要進(jìn)行準確的亮度控制?？梢院?jiǎn)單地通過(guò)減小LED電流來(lái)降低LED亮度，這種方法被稱(chēng)為"模擬調光"，但減小LED的工作電流會(huì )改變LED的色彩。LT3478和LT3478-1可以通過(guò)把CTRL1引腳電壓從1V降至0.1V來(lái)實(shí)現10:1調光。如果色彩保持特性很重要，PWM調光是一種更好的可選方案。

圖8：PWM調光通過(guò)PWM引腳來(lái)實(shí)現。

圖9：PWM調光波形，當PWM引腳為有效高電平或低電平時(shí)，LED電流分別為最大值或0。

     PWM調光

     PWM調光(圖8和圖9)可產(chǎn)生很高的調光比，且不會(huì )導致與電流有關(guān)的LED色彩變化。LT3478和LT3478-1的PWM調光是通過(guò)PWM引腳來(lái)實(shí)現的。當PWM引腳為有效高電平(TPWM(ON))或低電平時(shí)，LED電流分別為最大值或0。LED的導通時(shí)間(或者平均電流)受控于PWM引腳的占空比。由于LED始終工作于相同的電流條件下(最大電流由CTRL1引腳設置)，而只有平均電流發(fā)生變化，所以調光不會(huì )導致LED的色彩改變。

     PWM調光并不是一個(gè)新技術(shù)，但要實(shí)現高PWM調光比(需要極低的PWM占空比)卻頗具挑戰性。LT3478和LT3478-1采用一種專(zhuān)利架構來(lái)實(shí)現超過(guò)3000:1的PWM調光比(100Hz)。圖10的應用電路可以實(shí)現超過(guò)3,000:1的PWM調光比，前提是PWM導通時(shí)間被縮減至3個(gè)開(kāi)關(guān)周期(當fPWM=100Hz時(shí)，TPWM(ON)<3.3μs)。圖11和12是圖10的相應關(guān)系曲線(xiàn)和波形。

圖10：專(zhuān)為高PWM調光比而優(yōu)化的升壓型LED驅動(dòng)器電路。

     利用PWM引腳來(lái)實(shí)現最大PWM調光比(PDR)滿(mǎn)足以下關(guān)系式：

     PWM調光比=1/最小PWM占空比=1/(TPWM(ON)MIN·fPWM)

     圖10中的簡(jiǎn)化波形和下面給出的準則說(shuō)明了PWM占空比、PWM頻率、PWM調光比和LED電流之間的關(guān)系：

     1. 對于100Hz的PWM頻率(fPWM)，一個(gè)數值為3,000的PDR意味著(zhù)3.3μs的PWM導通時(shí)間。

     2. 對于固定的PWM導通時(shí)間，PWM頻率越低，PWM調光比就越高。但對最低可以把PWM頻率控制到什么水平是有限制的，因為人眼會(huì )感覺(jué)到頻率低于80Hz的閃爍。

     3. 提高編程開(kāi)關(guān)頻率(fOSC)可以提高PDR，但會(huì )導致效率下降和內部發(fā)熱量的增加。一般來(lái)說(shuō)，TPWM(ON)MIN=3×1/fOSC(約為3個(gè)開(kāi)關(guān)周期)。

     4. 應最大限度地減小輸出電容器的漏電流。當PWM引腳為低電平時(shí)，LT3478和LT3478-1將關(guān)斷所有從VOUT獲得工作電流的電路。

     5. 如欲獲得更寬的調光范圍，可以組合應用PWM調光和模擬調光功能，此時(shí)TDR=PDR·ADR，其中TDR=總調光比，PDR=PWM調光比，ADR=模擬調光比。3000:1的PDR和10:1(CTRL引腳電壓為0.1V)的ADR將產(chǎn)生30,000:1的TDR。

圖11：圖10電路中的LED電流與PWM調光比的關(guān)系曲線(xiàn)。

     開(kāi)路LED保護

     輸出電壓具有一個(gè)可設置的最大值，以避免LED因斷接(開(kāi)路LED)而后重接導致受損。在LED斷接期間，轉換器可變至開(kāi)口回路，并把輸出電壓驅動(dòng)至極高，從而致使內部電源開(kāi)關(guān)遭到損壞。大多數LED驅動(dòng)器都具有一個(gè)用于保護開(kāi)關(guān)的固定最大輸出電壓，但對于重新連接的LED串來(lái)說(shuō)，該電壓可能過(guò)高。LT3478和LT3478-1提供了一個(gè)可編程過(guò)壓保護(OVP)電平，以根據串聯(lián)的LED的數目來(lái)限制輸出電壓。OVPSET電壓負責限制最大輸出電壓，最大輸出電壓=OVPSET電壓x41。

圖12：圖10電路的PWM調光波形。

     OVPSET電壓利用其自身的電阻分壓器，或通過(guò)給用于確定CTRL1電壓的分壓器增添一個(gè)電阻器，從VREF獲得。OVPSET編程電平不應超過(guò)1V，以確保開(kāi)關(guān)電壓不超過(guò)42V。

     高可靠性：故障檢測和軟啟動(dòng)

     為在熱插拔、啟動(dòng)或正常操作期間實(shí)現可靠的性能，LT3478和LT3478-1可監視以下任何故障的系統參數：VIN<2.8V，SHDN<1.4V，電感器涌入電流大于6A和/或輸出電壓高于編程O(píng)VP電壓。一旦檢測到任何上述故障，LT3478和LT3478-1立即停止開(kāi)關(guān)操作，并對軟啟動(dòng)引腳進(jìn)行放電(圖13)。當所有故障都被消除且SS電壓被放電到低于0.25V時(shí)，內部12μA電源將以外部電容器CSS所設置的速率對SS引腳進(jìn)行充電。SS電壓的平緩上升等效于開(kāi)關(guān)電流限值的斜坡上升，直到SS電壓超過(guò)VC電壓。

     高效率：獨立的電感器和IC電源，可設置fOSC，60mΩ開(kāi)關(guān)

     LT3478和LT3478-1能采用獨立的IC和電感器電源，以?xún)?yōu)化效率和開(kāi)關(guān)占空比范圍。電感器涌入電流的檢測采用VS和L引腳，而與VIN電源無(wú)關(guān)(圖2)，這使得能利用系統的最低可用電源(至少2.8V)為VIN供電，以盡量減少電源開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器中的效率損失。這樣，電感器能通過(guò)一個(gè)更加適合LED負載的占空比和功率要求的電源(2.8V至36V)來(lái)供電?？蓪﹄娫撮_(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調節，以實(shí)現系統所需的最佳電感器尺寸和效率性能。通過(guò)盡可能地降低開(kāi)關(guān)損耗(對于高占空比操作)，60mΩ導通電阻進(jìn)一步地提高了效率。

     圖13：LT3478/LT3478-1故障檢測和SS引腳電壓時(shí)序圖。

     本文小結

     LT3478和LT3478-1非常適合于要求高LED電流和高PWM調光比的升壓、降壓或降升壓型LED驅動(dòng)應用。4.5A的高峰值開(kāi)關(guān)電流限值和新型的PWM調光架構，使LT3478和LT3478-1能在高達4A的LED電流條件下提供高PWM調光比。(凌力爾特公司)

     圖14：針對便攜式照相閃光燈應用的降升壓型LED驅動(dòng)器電路。