20A LED 驱动器提供准确度为 ±3% 的满标度电流检测 以适合多种应用
|
快速发展的 LED 照明应用正在取代几乎所有传统形式的照明应用。随着这种转型的加速，LED 驱动器的功率需求也提高了，如果不牺牲效率，那么电流越大，保持电流检测准确度就越难。LED 驱动器必须保持电流检测准确度，同时快速向多个独立的 LED 负载提供电流，并能够并联连接和准确均流。 有些高功率 LED 具有独特的机械和电气考虑，其正极电连接至导热的后饰片。在采用降压稳压器配置的传统 LED 驱动器中，热管理是通过冷却底盘来实现的，至后饰片的正极连接线会产生一个机电设计难题。后饰片必须具有至散热器的良好导热性，但也必须与之保持电隔离 (如果后饰片上的电压与底盘不同)。由于 LED 制造商改变生产工艺或封装是很困难的，因此 LED 驱动器本身必须迎接该设计挑战。 一种选项是使用四开关正降压-升压型 LED 驱动器，但是额外的开关 MOSFET 增加了系统复杂性和成本。负输出降压-升压型拓扑仅采用一组开关功率 MOSFET，且允许正极与散热器直接 (电) 连接，从而免除了在散热器上增设电隔离器的需要，并简化了系统的机械设计。 为了满足高性能要求，LT3744 可配置为同步降压型或负输出降压-升压型控制器，以超过 20A 的连续电流驱动 LED 负载。LT3744 的电源输入可以接受 3.3V 至 36V 电压。作为降压型转换器使用时，该器件在 0V 直至电源电压范围内调节 LED 电流。作为负输出降压-升压型转换器使用时，LT3744 可在 0V 直至 -20V 的输出电压范围内准确地调节 LED 电流。 在满标度范围内，模拟电流调节准确度为 3%，甚至在 1/20 标度时，准确度也好于 ±30%。LT3744 有 3 个独立的模拟和数字控制输入以及 3 个补偿及栅极驱动输出，适合多种 LED 配置。通过分离电感器电流检测和 LED 电流检测，LT3744 可配置为降压型或负输出降压-升压型控制器。为了便于系统设计，所有输入信号都以电路板地 (SGND，信号地) 为基准，从而无需复杂的分立式电平转换器。 在负输出降压-升压型配置中，LED 的总体正向电压可以高于输入电源电压，从而允许用低压电源驱动高压 LED 串。当出于 PCB 功率密度考虑，需要分散组件功耗时，LT3744 还可以方便地并联，以驱动很大的 LED 脉冲负载电流或 DC 负载电流。 高准确度电流检测 LT3744 采用一个高准确度电流调节误差放大器，可实现总电流控制范围的 1/20 之准确模拟调光。在总体数字 PWM 调光范围有限的应用中，或者在需要非常大的调光范围的应用中，这个特点至关重要。例如，在 100Hz PWM 调光频率和 1MHz 开关频率时，LT3744 能够实现 1250:1 PWM 调光，还可以与 20:1 模拟调光相结合，以使总体调光范围扩大到 25000:1。 图 1 显示了当模拟控制输入为 0V 时，随温度变化 LT3744 失调电压的生产一致性，在这里，典型器件数量为 380 个。凭借误差放大器的低失调，控制环路在 1/20 标度模拟调光时，能够实现 ±10% 的典型准确度。图 2 显示了当控制输入等于 1.5V 时，稳定电压在多个 LED 电流检测引脚上的分布。满标度范围的准确度好于 ±3%，这相当于在 60mV 满标度调节电压时准确度为 ±1.8mV。 图 1：VCTRL = 0V 时，LT3744 中的 LED 电流调节放大器之典型失调电压为 ±300µV NUMBER OF UNITS：器件数量 380 TYPICAL UNITS：典型情况为 380 个器件 REGULATED VLED_ISP – VLED_ISN VOLTAGE：稳定的 VLED_ISP – VLED_ISN 电压
图 2：在满标度电流和 VCTRL = 1.5V 时，LED 电流调节环路的典型准确度为 ±1.7%。 无闪烁性能 衡量 LED 驱动器性能的最重要指标之一是 LED 电流在 PWM 调光时的恢复速度。在 PWM 接通信号上升沿之后的头几个开关周期中，驱动器的表现对最终产品的质量有很大影响。LT3744 采用专有 PWM、补偿和时钟同步技术，提供无闪烁性能，甚至在驱动 LED 至 20A 电流时也是如此。 图 3 显示了用 12V 电源向红光 LED 提供 20A 电流时，在 5 分钟时间内 LED 电流的恢复情况。开关频率为 550kHz，电感器为 1µH，PWM 调光频率为 100Hz，接通时间为 10µs (1000:1 调光比)。图中显示了大约 3 万个调光周期，在开关波形中无抖动，每个恢复开关周期都是相同的。 图 3：LT3744 提供无闪烁 LED 调光 10V/DIV：每格 10V 5-MINUTE PERSISTENCE：持续 5 分钟 在 3 种不同稳定电流之间高速调光 在投影系统中，让光源更快速地接通可以减少定时限制。而定时限制减少，又可以提高影像更新率，从而可以提供分辨率更高的影像，并减轻快速移动的白色物体之彩虹效应。LT3744 能够在不到 3 个开关中期中，在不同的输出电流状态之间过渡。 LT3744 有 3 种稳定电流状态，因此色彩混合系统设计师可以决定每个 LED 的色温。通过色彩混合可以实现很高的色彩准确度，以纠正 LED 色彩的不准确性，消除生产系统导致的各种偏差。LT3743 有小电流和大电流两种状态，LT3744 有 3 种电流状态，因此所有 3 种色彩 (RGB) 的 LED 都能够以它们各自的光输出相互混合，以独立地矫正 LED 的色彩。 图 4 显示了一个 24V 输入 / 20A 输出单 LED 驱动器，该驱动器提供 3 种不同的稳定电流，这些电流由 CTRL 上的模拟电压和 PWM 引脚的数字状态决定。请注意，既然 RS 仅用于限制电感器峰值电流和提供绝对过流保护，那么这个电阻器的准确度就不必很高，这降低了系统成本。 图 4：LT3744 能够以 3 种不同的电流值驱动单个 LED 20A MAXIMUM：最大值为 20A BLUE：蓝光 3 种不同电流状态之间的 PWM 调光如图 5 和图 6 所示。在图 5 中，PWM 信号顺序接通和断开。PWM3 的优先级最高，PWM1 则最低。这允许单一输入信号快速转换，以改变输出电流。如图 6 所示，PWM 输入信号之间可以有任意长短的时间间隔。 图 5：LT3744 在 3 种稳定电流状态之间转换，断开时间不到 3 个开关周期。
图 6：不同电流状态可以在任何时间接通 (状态之间具有或没有时间间隔) 一款适用于微型投影仪或智能手机投影仪的完整 RGB LED 解决方案 在微型投影系统或智能手机投影系统中，减少总体解决方案占用的空间及其成本非常重要。在这类应用中，PCB 空间极其有限，驱动器解决方案的总体积 (包括组件高度) 必须最小化。仅用 1 个 LED 驱动器驱动所有 3 个 LED 可以显著减少所需空间，从而允许使用较大的电池或功率较大的 LED，以延长电池寿命和提高投影系统光通量。 LT3744 同时采用了开关输出电容器技术和浮置栅极驱动器，用单个 LED 驱动器构成了一个完整的 RGB 解决方案。LT3744 为 PWM 输出引脚提供了独特的栅极驱动器。该驱动器的负轨浮置在 VFNEG 引脚上，可将所有处于断开状态的开关栅极拉低至负电压。这确保与输出电容器串联的开关在任何条件下都不会接通。这个驱动器允许任意 LED 串之间有 15V 压差。 |
