高效、單片式同步降壓-升壓型LED驅動器可提供高達1A的連續(xù)驅動電流

　　引言

　　LTC3454是一款同步降壓-升壓型DC/DC轉換器，專為從單節(jié)鋰離子電池以高達1A的已調電流來驅動單個高功率LED而設計。電壓調節(jié)通常是采用開關轉換器來完成的，但是，LED需要恒定電流，以生成可預知的光輸出。LTC3454在其穩(wěn)壓環(huán)路中采用了一個自動置零跨導誤差放大器，以準確地控制LED電流。LED電流可采用兩個外部電阻器和兩個使能引腳來設定為4個電流值(包括停機)之一。在停機模式中，電流消耗為零。

　　鋰離子電池的寬VIN范圍(2.7V至4.2V)要求轉換器在LED正向電壓處于電池放電模式范圍之內的情況下兼具對輸入電壓進行升壓和降壓操作的能力。LTC3454 LED驅動器可通過4個內部開關來高效地執(zhí)行升壓和降壓轉換。根據VIN和LED正向電壓的不同，該穩(wěn)壓器可工作于同步降壓、同步升壓或降壓-升壓模式。這些模式之間的轉換是自動和平穩(wěn)的。

　　LTC3454具有一個1MHz的高固定工作頻率，從而減小了電感器的外形尺寸并簡化了輸出濾波。

　　應用

　　圖1示出了LTC3454以“手電筒”和“閃光燈”模式來驅動一個高功率LED時的情形。在該應用中，僅需要6個外部元件。在單節(jié)鋰離子電池的整個可用范圍內，可獲得高于90% 的效率(PLED/PIN)(見圖2)。

　　LTC3454具有兩個使能引腳，用于控制兩個電流設定放大器。當電流設定放大器通過其EN引腳來使能時，一個從某一ISET引腳連接至GND的電阻器將LED電流設置為：ILED = 3850·0.8/RISET。當兩個使能引腳均被確定時，LED凈電流等于各個編程電流之和。圖3示出了設置LED電流的原理圖。

　　基于自動置零跨導放大器的電流調節(jié)

　　如圖4所示，LTC3454在其穩(wěn)壓環(huán)路中采用了一個自動置零跨導放大器。自動置零放大器拓撲結構使其輸入端上的任何失調為零，并在非常低的共模輸入電壓電平條件下實現了一個準確的LED電流，從而獲得了高PLED/PIN效率。當LED電流為100mA 時，LED引腳上的調節(jié)電壓可低至100mV。

　　同步降壓-升壓型DC/DC轉換器

　　LTC3454能夠以高達1A的連續(xù)電流來驅動一個LED。能夠被如此高的電流來驅動的LED通常具有3.3V至3.6V的正向壓降。當由單節(jié)鋰離子電池(2.7V至4.2V)來供電時(就像在手持式電池供電型應用中那樣)，無論是純降壓型解決方案還是純升壓型解決方案都不能高效地調節(jié)LED電流。純粹的降壓型解決方案將在較低的電池電壓條件下發(fā)生壓降，從而使LED電流低于編程值。在高電池電壓條件下，純粹的升壓型轉換器將對一個高于所需數值的輸出電壓進行調節(jié)，因而導致低效率。降壓-升壓型轉換器則可在整個鋰離子電池電壓范圍內高效地調節(jié)LED電流。

　　控制電壓VC決定了降壓-升壓型轉換器的工作區(qū)。內部電源開關A、B、C和D的柵極驅動器受控于邏輯功能塊(圖4)。一個獲專利權的柵極驅動多路復用電路實現了降壓和升壓模式之間以及通過四個開關區(qū)的平穩(wěn)轉換。在降壓模式中，開關A和B的柵極驅動器占空比處于受控狀態(tài)，而開關D連續(xù)導通。在升壓模式中，開關C和D的占空比是受控的，而開關A連續(xù)接通。

　　采用同步整流器轉換開關B和D來代替箝位二極管有助于改善效率。該電路要求同步整流器開關不能與主開關同時接通。一個交叉?zhèn)鲗а舆t阻止了這種情況的發(fā)生。LTC3454具有一個約30ns的先斷后通時間。在這段時間里，電流傳導路徑通過開關的體二極管來形成。在正向電流經由電感器從SW1引腳流至SW2引腳的場合，NMOS開關B的體二極管在降壓模式中導通。SW1節(jié)點電壓被拉至比地電位低一個二極管壓降的數值。同樣地，在升壓模式中，PMOS開關D的體二極管在開關C和開關D的轉換操作期間導通，不過，此時SW2節(jié)點電壓上升至比VOUT高一個二極管壓降的數值。主開關A和C的體二極管在反向電流流動期間導通。圖5示出了降壓-升壓模式中的開關波形。

　　LTC3454具有正向和反向電流限制功能 -- 不需要外部檢測電阻器。如果峰值輸入電流超過約3.4A，則使正向電流限制電路發(fā)生跳變，且開關B和D在該周期的剩余時間里接通。當從開關D流出并經由電感器流至SW1節(jié)點的電流超過約250mA時，將使反向電流限制電路發(fā)生跳變，且開關A和C在該周期的剩余時間里接通。

　　完善的設計：能夠承受LED開路和短路條件

　　如果LED發(fā)生開路故障，則穩(wěn)壓環(huán)路將把VC驅動至較高的電平，這可以起到提升輸出電壓的作用。一個安全放大器(即一個僅具有電流吸收能力的跨導放大器)負責控制穩(wěn)壓電路，并防止VOUT失控。發(fā)生這種情況時的VOUT門限約為5V。

　　如果LED發(fā)生短路故障，則穩(wěn)壓環(huán)路將繼續(xù)把輸出電流調節(jié)至其編程電流值。

　　結語

　　LTC3454是凌特公司LED驅動器系列的一款新增器件。只需采用極少的外部元件即可在整個鋰離子電池電壓范圍內實現高效率。此外，當處于停機模式時，其電流消耗為零，這有助于延長手持式電池供電型應用中的電池使用壽命。LTC3454采用扁平、小占板面積3mm x 3mm DFN封裝。