通過把同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器用作升壓模式轉(zhuǎn)換器來限制功率損耗

當(dāng)高功率 LED (例如：10A 至 40A 投影機(jī) LED) 所需的電流使異步轉(zhuǎn)換器中的組件承受過應(yīng)力時(shí)，通常采用同步降壓型轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器。同步整流可限制由于轉(zhuǎn)換器開關(guān)中的高電流所引起的功率損耗和溫升。同步整流在高功率升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器中能夠提供相同的好處，即使對(duì)于 1A 至 3A LED 也不例外。與降壓型轉(zhuǎn)換器不同的是，升壓型轉(zhuǎn)換器的峰值開關(guān)電流可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 LED 電流，特別是在輸出功率很高和輸入電壓很低的時(shí)候。

在很多場(chǎng)合中，同步升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器不可用于某種特定的應(yīng)用。對(duì)于部分此類情形而言，可以采用一個(gè)同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC，但其將不充當(dāng)一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器，而是起一個(gè)升壓模式 (boost mode*) LED 驅(qū)動(dòng)器的作用。

以 LT3744 40V 同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器為例，其專為驅(qū)動(dòng)用于投影機(jī)的高電流 LED 而設(shè)計(jì)。該器件具有一個(gè)多用途的浮動(dòng) VEE 輸出，因而允許其在高電流降壓應(yīng)用以及把高電流 LED 的正極連接至地以滿足散熱要求的正至負(fù) (降壓-升壓型) 拓?fù)渲惺褂谩Ｕ沁@種浮動(dòng) VEE 特性使得我們能夠?qū)⑦@款原本是為降壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)的器件實(shí)際上用作一個(gè)同步升壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器。

LT3744 升壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器

圖 1 所示的 LT3744 同步升壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器可采用一個(gè)汽車輸入 (9V ~ 16V) 來調(diào)節(jié)一個(gè) 3A、25V (75W) LED 燈串，并提供了 98% 的效率。即使在這一功率級(jí)別下，采用 12V 輸入時(shí)的最大組件溫升僅為 45°C，如圖 2 所示。該 IC 可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的 10:1 模擬調(diào)光和 100:1 PWM 調(diào)光實(shí)施方案 (在 120Hz 和采用接地參考輸入信號(hào)時(shí))，即使 LED 燈串和 PWM 調(diào)光 MOSFET 均未連接至 GND 也不例外。

圖 1：升壓模式 9V~16V 輸入至 25V、3A LED 驅(qū)動(dòng)器 (效率達(dá) 98%)

圖 2：升壓模式 LED 熱掃描顯示了低溫升操作

雖然 5mΩ 檢測(cè)電阻器在該應(yīng)用中設(shè)定了一個(gè) 10A 的峰值開關(guān)電流，但該解決方案也可更改為采用一個(gè) 6V 輸入和一個(gè) 15A 峰值開關(guān)電流來運(yùn)作;使用了一個(gè)數(shù)值合適的電感器和一個(gè)降低的欠壓閉鎖。

LT3744 上的負(fù) VEE 電源軌能夠達(dá)到 −21V。LT3744 通過處理接地參考輸入控制信號(hào)的電平移位簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。一個(gè)簡(jiǎn)單的接地參考 PWM 輸入信號(hào)被電平移位至 PWMOUT，因此不需要采用額外的電平移位電路來控制 PWM MOSFET。同樣，LED 電流設(shè)定檢測(cè)電阻器可直接連接至負(fù) VEE 電源軌，一直到低至 −21V。

經(jīng)過電平移位的 GND 和 VEE

LT3744 LED 驅(qū)動(dòng)器的電平移位、正至負(fù)轉(zhuǎn)換特性是專為支持高電流接地正極 LED 驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的。盡管如此，相同的特性亦可用于將 LED 燈串連接在 VIN 和一個(gè)負(fù) VEE 電位之間的升壓模式應(yīng)用。由于 LED 檢測(cè)電阻器和 PWM 調(diào)光 MOSFET 均安放于 LED 燈串的底部，因此來自接地參考 PWM 輸入的電平移位 PWMOUT 信號(hào)產(chǎn)生了一種看起來并不比傳統(tǒng)升壓 PWM 調(diào)光設(shè)置復(fù)雜的拓?fù)?。輸入?cè)看似一個(gè)簡(jiǎn)單的 LED 驅(qū)動(dòng)器，而且不管負(fù) VEE 處在什么位置，CTRL 模擬調(diào)光、SYNC 輸入和使能輸入均參考于信號(hào) GND。

LT3744 的 VEE 可一直降到低至 −21V。對(duì)于 25V VLED 應(yīng)用，開路 LED 過壓保護(hù)設(shè)定在約 26.5V。對(duì)于 25V VLED 升壓模式應(yīng)用而言，在考慮到一定的開路 LED 過沖的情況下，這將在負(fù) VEE 變至超過 −21V 限值之前把 VIN 最小值限制在 6V 左右。為了能在最低 6V 的輸入條件下運(yùn)作，圖 1 中的解決方案需要一個(gè)較低的欠壓閉鎖和一個(gè)能夠容納 15A 峰值開關(guān)電流限值的檢測(cè)電阻器和電感器。對(duì)于較低 VLED 燈串 (在任何電流水平)，只需進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的調(diào)整即可把最小輸入電壓降至 4V VIN。

關(guān)于升壓模式的更多信息

升壓模式轉(zhuǎn)換器擁有許多與傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器相同的特性。如圖 3 所示，除了與眾不同的拓?fù)溥B接和高端開關(guān) S1 (而不是低端開關(guān)) 的主控制之外，這款升壓模式轉(zhuǎn)換器具有與傳統(tǒng)升壓型轉(zhuǎn)換器相同的占空比、紋波電流和電壓應(yīng)力。如果不需要同步整流，則可把一個(gè)異步降壓型穩(wěn)壓器用作升壓模式驅(qū)動(dòng)器，并像在傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器中那樣用一個(gè)典型的箝位二極管 D1 來替代 S2。

圖 3：升壓模式電流紋波、占空比和電壓應(yīng)力與傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器相同

圖 4 中的增益–相位博德圖表示：甚至連升壓模式轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路的作用都類似于一個(gè)傳統(tǒng)的升壓型穩(wěn)壓器。當(dāng)交叉頻率為 10kHz、相位余量為 60° 和增益裕度為 −15dB 時(shí)，圖 1 所示的 LED 驅(qū)動(dòng)器能夠保持穩(wěn)定和可靠。

圖 4：升壓模式控制環(huán)路增益和相位顯示了典型帶寬。

結(jié)論

同步整流是一種通常被要求用來限制高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器中的功率損耗之特性。如本文所述，可把一個(gè)同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器用作升壓模式轉(zhuǎn)換器，從而利用該特性在高性能降壓型穩(wěn)壓器 IC 中的廣泛可用性。特別地，LT3744 同步降壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器可被用作一個(gè)高效率 9V ~ 16V 輸入、25V LED 3A 升壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于 75W 轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn) 98% 的效率。該器件擁有根據(jù)需要來對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行電平移位 (從 SGND 至 –VEE) 的獨(dú)特能力，因而使得能夠造就一種所需組件并不比傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器多的浮動(dòng)升壓模式拓?fù)洹?/p>

注：

該 Boost mode 是一項(xiàng)正待專利審議的技術(shù)。