ADI公司電源產品部設計工程組負責人 Josh Caldwell電源產品部應用工程師 Walker Bai 快速發展的 LED 照明應用正在取代幾乎所有傳統形式的照明應用。隨著這種轉型的加速，LED 驅動器的功率需求也提高了，如果不犧牲效率，那么電流越大，保持電流檢測準確度就越難。LED 驅動器必須保持電流檢測準確度，同時快速向多個獨立的 LED 負載提供電流，并能夠并聯連接和準確均流。
有些高功率 LED 具有獨特的機械和電氣考慮，其正極電連接至導熱的后飾片。在采用降壓穩壓器配置的傳統 LED 驅動器中，熱管理是通過冷卻底盤來實現的，至后飾片的正極連接線會產生一個機電設計難題。后飾片必須具有至散熱器的良好導熱性，但也必須與之保持電隔離 (如果后飾片上的電壓與底盤不同)。由于 LED 制造商改變生產工藝或封裝是很困難的，因此 LED 驅動器本身必須迎接該設計挑戰。 一種選項是使用四開關正降壓-升壓型 LED 驅動器，但是額外的開關 MOSFET 增加了系統復雜性和成本。負輸出降壓-升壓型拓撲僅采用一組開關功率 MOSFET，且允許正極與散熱器直接 (電) 連接，從而免除了在散熱器上增設電隔離器的需要，并簡化了系統的機械設計。
為了滿足高性能要求，LT3744 可配置為同步降壓型或負輸出降壓-升壓型控制器，以超過 20A 的連續電流驅動 LED 負載。LT3744 的電源輸入可以接受 3.3V 至 36V 電壓。作為降壓型轉換器使用時，該器件在 0V 直至電源電壓范圍內調節 LED 電流。作為負輸出降壓-升壓型轉換器使用時，LT3744 可在 0V 直至 20V 的輸出電壓范圍內準確地調節 LED 電流。 在滿標度范圍內，模擬電流調節準確度為 3%，甚至在 1/20 標度時，準確度也好于 ±30%。LT3744 有 3 個獨立的模擬和數字控制輸入以及 3 個補償及柵極驅動輸出，適合多種 LED 配置。通過分離電感器電流檢測和 LED 電流檢測，LT3744 可配置為降壓型或負輸出降壓-升壓型控制器。為了便于系統設計，所有輸入信號都以電路板地 (SGND，信號地) 為基準，從而無需復雜的分立式電平轉換器。 在負輸出降壓-升壓型配置中，LED 的總體正向電壓可以高于輸入電源電壓，從而允許用低壓電源驅動高壓 LED 串。當出于 PCB 功率密度考慮，需要分散組件功耗時，LT3744 還可以方便地并聯，以驅動很大的 LED 脈沖負載電流或 DC 負載電流。
高準確度電流檢測 LT3744 采用一個高準確度電流調節誤差放大器，可實現總電流控制范圍的 1/20 之準確模擬調光。在總體數字 PWM 調光范圍有限的應用中，或者在需要非常大的調光范圍的應用中，這個特點至關重要。例如，在 100Hz PWM 調光頻率和 1MHz 開關頻率時，LT3744 能夠實現 1250:1 PWM 調光，還可以與 20:1 模擬調光相結合，以使總體調光范圍擴大到 25000:1。 圖 1 顯示了當模擬控制輸入為 0V 時，隨溫度變化 LT3744 失調電壓的生產一致性，在這里，典型器件數量為 380 個。憑借誤差放大器的低失調，控制環路在 1/20 標度模擬調光時，能夠實現 ±10% 的典型準確度。圖 2 顯示了當控制輸入等于 1.5V 時，穩定電壓在多個 LED 電流檢測引腳上的分布。滿標度范圍的準確度好于 ±3%，這相當于在 60mV 滿標度調節電壓時準確度為 ±1.8mV。
圖 1：VCTRL = 0V 時，LT3744 中的 LED 電流調節放大器之典型失調電壓為 ±300µV NUMBER OF UNITS：器件數量 380 TYPICAL UNITS：典型情況為 380 個器件 REGULATED VLED_ISP – VLED_ISN VOLTAGE：穩定的 VLED_ISP – VLED_ISN 電壓
圖 2：在滿標度電流和 VCTRL = 1.5V 時，LED 電流調節環路的典型準確度為 ±1.7%。
無閃爍性能 衡量 LED 驅動器性能的最重要指標之一是 LED 電流在 PWM 調光時的恢復速度。在 PWM 接通信號上升沿之后的頭幾個開關周期中，驅動器的表現對最終產品的質量有很大影響。LT3744 采用專有 PWM、補償和時鐘同步技術，提供無閃爍性能，甚至在驅動 LED 至 20A 電流時也是如此。 圖 3 顯示了用 12V 電源向紅光 LED 提供 20A 電流時，在 5 分鐘時間內 LED 電流的恢復情況。開關頻率為 550kHz，電感器為 1µH，PWM 調光頻率為 100Hz，接通時間為 10µs (1000:1 調光比)。圖中顯示了大約 3 萬個調光周期，在開關波形中無抖動，每個恢復開關周期都是相同的。 
圖 3：LT3744 提供無閃爍 LED 調光 10V/DIV：每格 10V 5-MINUTE PERSISTENCE：持續 5 分鐘 在 3 種不同穩定電流之間高速調光 在投影系統中，讓光源更快速地接通可以減少定時限制。而定時限制減少，又可以提高影像更新率，從而可以提供分辨率更高的影像，并減輕快速移動的白色物體之彩虹效應。LT3744 能夠在不到 3 個開關中期中，在不同的輸出電流狀態之間過渡。 LT3744 有 3 種穩定電流狀態，因此色彩混合系統設計師可以決定每個 LED 的色溫。通過色彩混合可以實現很高的色彩準確度，以糾正 LED 色彩的不準確性，消除生產系統導致的各種偏差。LT3743 有小電流和大電流兩種狀態，LT3744 有 3 種電流狀態，因此所有 3 種色彩 (RGB) 的 LED 都能夠以它們各自的光輸出相互混合，以獨立地矯正 LED 的色彩。 圖 4 顯示了一個 24V 輸入 / 20A 輸出單 LED 驅動器，該驅動器提供 3 種不同的穩定電流，這些電流由 CTRL 上的模擬電壓和 PWM 引腳的數字狀態決定。請注意，既然 RS 僅用于限制電感器峰值電流和提供絕對過流保護，那么這個電阻器的準確度就不必很高，這降低了系統成本。 
圖 4：LT3744 能夠以 3 種不同的電流值驅動單個 LED 20A MAXIMUM：最大值為 20A BLUE：藍光 3 種不同電流狀態之間的 PWM 調光如圖 5 和圖 6 所示。在圖 5 中，PWM 信號順序接通和斷開。PWM3 的優先級最高，PWM1 則最低。這允許單一輸入信號快速轉換，以改變輸出電流。如圖 6 所示，PWM 輸入信號之間可以有任意長短的時間間隔。 
圖 5：LT3744 在 3 種穩定電流狀態之間轉換，斷開時間不到 3 個開關周期。
圖 6：不同電流狀態可以在任何時間接通 (狀態之間具有或沒有時間間隔)
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