基于LT3743的LED驅動器PWM調光的設計

LT3743 是一款同步降壓型 DC/DC 控制器，它運用固定頻率、平均電流模式控制，以通過一個與電感器相串聯的檢測電阻器準確地調節電感器電流。在一個 0V 至“低于輸入電壓軌 2V”的輸出電壓范圍內，LT3743 能夠以 ±6% 的準確度來調節任意負載中的電流。

　　通過把準確的模擬調光 (高光度狀態和低光度狀態) 與 PWM 調光組合起來，實現了精準、寬范圍的 LED 電流控制。模擬調光通過 CTRL_L、CTRL_H 和 CTRL_T 引腳來控制;PWM 調光則通過 PWM 和 CTRL_SEL 引腳來控制。通過采用在外部進行開關操作的負載電容器這種獨特的做法，LT3743 實現了高和低模擬狀態之間的快速變換，從而能夠在幾 μs 的時間內改變已調 LED 電流水平。開關頻率可以在 200kHz 至 1MHz 的范圍內進行設置 (通過采用一個外部電阻器) 和同步至一個頻率范圍為300kHz 至1MHz 的外部時鐘。

　　開關輸出電容器拓撲結構

　　在傳統的電流調節器中，負載兩端的電壓存儲于輸出電容器之中。如果負載電流突然改變，則輸出電容器中的電壓必須進行充電或放電以與新的已調電流相匹配。在轉換期間，負載中的電流未得到良好的控制，因而導致了緩慢的負載電流響應時間。

　　LT3743 通過采用一種獨特的開關輸出電容器拓撲結構解決了這一問題，該拓撲結構實現了超快的負載電流上升和下降時間。這種拓撲結構背后的基本概念是：LT3743 起一個已調電流源的作用，負責向負載提供驅動電流。對于某個給定的電流，負載兩端的電壓降存儲于第一個開關輸出電容器中。當需要一種不同的已調電流狀態時，將第一個輸出電容器關斷，并接通第二個電容器。這使得每個電容器能夠存儲與期望已調電流相對應的負載電壓降。

　　圖 1 示出了具有各種控制引腳的基本拓撲結構。PWM 和 CTRL_SEL 引腳為數字控制引腳，用于確定已調電流的狀態。CTRL_H 和 CTRL_L 引腳是具有一個 0V 至 1.5V 全標度范圍的模擬輸入，可在電流檢測電阻器兩端產生一個 0mV 至 50mV 的已調電壓。

　　圖 1：基本的開關電容器拓撲結構

　　圖 2 示出了對應于 PWM 和 CTRL_SEL 引腳各種不同狀態的定時波形。當 PWM 為低電平時，所有的開關操作將被終止，而且兩個輸出電容器均與負載斷接。

　　圖2：LED 電流 PWM 和 CTRL_SEL 調光

　　盡管 LT3743 可以采用開關輸出電容器來配置，但它能夠很容易地適應任何傳統的模擬和/或 PWM 調光方案

　　開關周期同步

　　LT3743 使所有的開關脈沖邊沿同步至 PWM 和 CTRL_SEL 上升沿。同步賦予了系統設計師采用任意周期或非周期 PWM 調光脈沖寬度和占空比的自由度。對于大電流 LED 驅動器而言，這是從零電流或低電流狀態恢復至高電流狀態過程中必不可少的特點。通過在 CTRL_SEL 或 PWM 信號變至高電平時重新起動時鐘，電感器電流將立即開始斜坡上升，而無須等待一個時鐘上升沿。未采用同步時，時鐘脈沖沿和 PWM 脈沖沿的相位關系將不受控制，因而有可能在 LED 光輸出中引起明顯的抖動。當采用一個具 SYNC 引腳的外部時鐘時，開關周期將在 8 個開關周期之內重新同步至外部時鐘。

　　一款適合高端 DLP 投影機、采用開關輸出電容器的 24V、20A LED 驅動器。高端 DLP 投影機要求極高質量的圖像和彩色重現。為了實現高的彩色準確度，各個 LED 當中的彩色偏差是通過混入其他兩個彩色 LED 的色彩來校正的。例如：當紅光 LED 處于滿電流導通狀態時，藍光和綠光 LED 將以低電流水平接通，這樣它們就能夠被混入以產生準確的紅光。這種方法需要具備在較低 (約 2A) 和較高 (約 20A) LED 電流之間進行快速轉換的能力，以保持 PWM 調光脈沖沿。圖 3 示出了一款專供高端 DLP 投影機使用的 24V/20A LED 驅動器。

　　圖3：采用開關輸出電容器的 24V/20A LED 驅動器

　　450kHz 的較低開關頻率允許使用一個非常小的 1.0μH 電感器。在 25% 紋波電流條件下，高電流狀態與低電流狀態之間的轉換時間大約為 2μs。1mF 的大輸出電容器存儲了兩種不同電流狀態下 LED 兩端的電壓降，并提供了 MOSFET 調光開關接通時的瞬時電流。對于實現快速 LED 電流轉換來說，采用幾個并聯的低 ESR 電容器是至關緊要的。

　　已調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定。VREF 引腳上的 ±2%、2V 基準還用于提供溫度降額電路施加在 CTRL_T 引腳上的基準信號 (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電流的獨特軟起動電路，從而在軟起動引腳充電至 1.5V 時提供全驅動。為了最大限度地縮短不同電流水平之間的轉換時間，LT3743 運用了針對每種電流水平的單獨補償，這樣電流控制環路就可以盡可能快地恢復穩態操作。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