基于LT3796-1控制器的高可靠性和高性能模擬調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

LT3796-1 是一款 DC/DC 控制器，其專為在輸出端上調(diào)節(jié)一個(gè)恒定電流或恒定電壓而設(shè)計(jì)，這是驅(qū)動(dòng) LED 必不可少的要求。該器件獨(dú)一無二地?fù)碛袃蓚€(gè)獨(dú)立的電流檢測(cè)放大器，而且它的高壓側(cè) PMOS 斷接開關(guān)驅(qū)動(dòng)器既可以與開關(guān)穩(wěn)壓器組合運(yùn)作 (采用 PWM 引腳)，也可以獨(dú)立運(yùn)作 (采用 TGEN 引腳)。

這些特點(diǎn)使得 LT3796-1 能夠滿足某些特殊 LED 應(yīng)用的需要。例如，在高可靠性照明中，該控制器可被配置為驅(qū)動(dòng)兩個(gè)并聯(lián)的 LED 燈串，以便能檢測(cè)任一燈串中的單個(gè)故障 LED (采用另一個(gè)燈串為基準(zhǔn))?；蛘?，對(duì)于那些要求準(zhǔn)確模擬調(diào)光的應(yīng)用，可以對(duì)兩個(gè)電流檢測(cè)放大器進(jìn)行擴(kuò)展以把 LED 電流調(diào)節(jié)在兩個(gè)范圍：高和低，從而將一個(gè)高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器的模擬調(diào)光能力擴(kuò)展至 100:1，與采用單個(gè)電流控制環(huán)路時(shí)通?？梢垣@得的調(diào)光范圍相比改善了 10 倍。

利用故障 LED 檢測(cè)能力驅(qū)動(dòng)兩個(gè)相同的并聯(lián) LED 燈串

要 想檢測(cè)燈串中單個(gè)出現(xiàn)性能劣化或短路的 LED 是件很棘手的事情，這是因?yàn)檎螂妷簳?huì)在整個(gè)負(fù)載、溫度和制造容差范圍內(nèi)發(fā)生非常大的變化。消除此類變化的一種方法是采用兩個(gè)并聯(lián)的匹配燈串，這樣一來兩 個(gè)燈串之間的任何正向電壓相對(duì)偏差都可以指示某種故障的發(fā)生。在這類解決方案中，燈串最初是采用揀選零部件制作的，其挑選的宗旨是實(shí)現(xiàn)總正向電壓降的匹 配。

由單個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)兩個(gè)并聯(lián)燈串的一個(gè)潛在問題是，倘若其中的一個(gè)燈串變至開路或不導(dǎo)通狀態(tài)，那么另一個(gè)燈串中就可能流過兩倍的電流。LT3796-1 中的雙電流調(diào)節(jié)環(huán)路可用于避免發(fā)生這種電流擾亂的情況。

圖 1 示出了怎樣在一個(gè)升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器中配置 ISP/ISN 和 CSP/CSN 電流檢測(cè)放大器。在正常操作中，ISP/ISN 電流環(huán)路起主導(dǎo)作用并設(shè)定 LED 電流。流過 LED 燈串 1 的電流在 ISMON 上報(bào)告。CSP/CSN 電流環(huán)路一般負(fù)責(zé)在 CSOUT 引腳上提供監(jiān)視，因?yàn)樗辉O(shè)定在比 FB2 的調(diào)節(jié)點(diǎn)低 25%。CSOUT 引腳按下式報(bào)告 LED 燈串 2 的電流：

如果兩個(gè)燈串呈現(xiàn)不平衡，則報(bào)告引腳 ISMON 和 CSOUT 將以電壓來顯示相對(duì)的 LED 電流偏差。通過在外部比較兩個(gè)模擬信號(hào)，可利用一個(gè)外部控制器觸發(fā)故障信號(hào)。

圖 1：用于成對(duì) LED 燈串的升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器，其具有針對(duì)任一燈串中的故障 LED 之檢測(cè)和保護(hù)功能

圖 2 示出了燈串 1 中的一個(gè) LED 短路時(shí)的示波器波形。ISP/ISN 電流檢測(cè)放大器可即時(shí)檢出過流事件，并將兩個(gè) PMOS 開關(guān)全部斷接。在一個(gè)軟起動(dòng)周期之后，ISP/ISN 電流環(huán)路開始將 LED 燈串調(diào)節(jié)在一個(gè)新的輸出電壓，此電壓對(duì)應(yīng)于 8 個(gè) LED 的正向電壓降。由于新的輸出電壓不能驅(qū)動(dòng) 9 個(gè) LED，因此 LED 燈串 2 停止傳導(dǎo)電流且 CSOUT 報(bào)告 0V。同樣，假如燈串 2 中的一個(gè) LED 短路，則 CSP/CSN 電流環(huán)路接管控制并通過 FB2 引腳將輸出電流調(diào)節(jié)至 625mA，如圖 3 所示。LED 燈串 1 此時(shí)停止傳導(dǎo)電流且 ISMON 報(bào)告 0V。

圖 2：將燈串 1 中一個(gè) LED 短路 (針對(duì)圖 1 所示電路)

圖 3：將燈串 2 中一個(gè) LED 短路 (針對(duì)圖 1 所示電路)

另外，該轉(zhuǎn)換器還通過高壓側(cè) PMOS 斷接開關(guān)驅(qū)動(dòng)器引腳 TG 為兩個(gè)燈串提供了高性能 PWM 調(diào)光和穩(wěn)健的短路保護(hù)。位于 ISP/ISN 電流檢測(cè)放大器內(nèi)部的內(nèi)置過流比較器負(fù)責(zé)保護(hù)燈串 1 免遭短路的損壞，而由 D4、Q1 和 R9~R11 形成的電路則用于檢測(cè)燈串 2 的短路、將 FB1 引腳驅(qū)動(dòng)至高電平和關(guān)斷PMOS 開關(guān) (M2 和 M3)。

具 100:1 模擬調(diào)光比的 LED 驅(qū)動(dòng)器

許 多高功率 LED 應(yīng)用要求一個(gè)很高的模擬調(diào)光比，而這依靠單個(gè)電流檢測(cè)通路是很難實(shí)現(xiàn)的。問題在于動(dòng)態(tài)范圍：在高電流條件下，需要一個(gè)低差分電壓 (通常為 250mV 或更低) 以限制檢測(cè)電阻器中的功率耗散，但由于可用信號(hào)如此之小，因此即使面對(duì) 10% 的模擬調(diào)光，幾 mV 的電流檢測(cè)放大器準(zhǔn)確度也會(huì)對(duì)檢測(cè)電壓中的誤差產(chǎn)生相當(dāng)可觀的影響。

LT3796-1 的兩個(gè)電流檢測(cè)環(huán)路通過在兩個(gè)環(huán)路之間分割電流調(diào)節(jié)任務(wù)而使其能夠產(chǎn)生一個(gè)高的模擬調(diào)光比。一個(gè)環(huán)路具有用于限制高電流通路中功率耗散的低值檢測(cè)電阻器， 而另一個(gè)環(huán)路則在低電流通路中使用了一個(gè)較高的檢測(cè)信號(hào)以在不太擔(dān)心功率耗散的場(chǎng)合提升準(zhǔn)確度。圖 4 示出了通過采用 LTC1541 (一款內(nèi)置于單個(gè)封裝中的高精度基準(zhǔn)、運(yùn)放和比較器) 而將 LT3796-1 配置為在 SEPIC 模式中產(chǎn)生 100:1 模擬調(diào)光比的情形。

圖 4：一款具 100:1 模擬調(diào)光比的 SEPIC 模式 LED 驅(qū)動(dòng)器

假設(shè) M2 的 RDS(ON) 可忽略不計(jì)，那么在介于 200mA 和 1A 之間的高電流范圍中，ISP/ISN 電流環(huán)路將輸出電流調(diào)節(jié)在：

當(dāng) VCTRL 降至低于 1.2V 時(shí)，LTC1541 的比較器將強(qiáng)制 TGEN 引腳為低電平并斷接 M2。于是，LED 燈串僅由 CSP/CSN 環(huán)路進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)節(jié)。當(dāng) CSP/CSN 環(huán)路負(fù)責(zé)控制時(shí)，F(xiàn)B2 引腳電壓被調(diào)節(jié)在 1.25V，而 CTRL_IN 輸入通過從 CSOUT 引腳拉出電流 (經(jīng)由 R6) 來設(shè)定 CSP/CSN 門限。CSP/CSN 調(diào)光范圍從 668mV 至 33.4mV，可檢測(cè)介于 200mA 至 10mA 之間的低 LED 電流，同時(shí)保持準(zhǔn)確度。總之，組合的雙電流環(huán)路可提供 100:1 的模擬調(diào)光范圍，如圖 5 所示。

圖 5：ILED 與 CTRL 的關(guān)系 (針對(duì)圖 4 中的解決方案)

結(jié)論

LT3796-1 是一款 LED 控制器，其具有兩個(gè)帶報(bào)告功能的獨(dú)立電流檢測(cè)放大器、兩個(gè) FB 引腳和一個(gè)高壓側(cè)斷接開關(guān)驅(qū)動(dòng)器。另外，該器件還擁有穩(wěn)健的故障保護(hù)功能和一個(gè)通用的工具集，可應(yīng)對(duì)諸如高可靠性和高性能模擬調(diào)光等富有挑戰(zhàn)性的 LED 應(yīng)用。