同步、低EMI LED驅(qū)動器具有集成開關(guān)和內(nèi)部PWM調(diào)光功能

作者：Keith Szolusha and Kyle Lawrence

LED應(yīng)用的廣度已經(jīng)發(fā)展到涵蓋從普通照明到汽車、工業(yè)和測試的所有領(lǐng)域。 設(shè)備、招牌和安全設(shè)備。因此，LED驅(qū)動器的設(shè)計要求范圍已經(jīng)擴大。這 最新的 LED 解決方案要求驅(qū)動器緊湊、高效、低噪聲，并具有高調(diào)光比和高級故障 保護。LT3922 可輕松滿足這些要求。

具有集成開關(guān)和內(nèi)部 PWM 調(diào)光功能的 LT3922

LT?3922 具集成式 36A 開關(guān)的 2V、同步 LED 驅(qū)動器可配置為升壓、降壓或升壓-降壓 LED 驅(qū)動器。其 高效率同步和集成電源開關(guān)采用纖巧的 4mm ×5mm QFN 封裝。該設(shè)備集成了凌力爾特最 先進的開關(guān)技術(shù)，將高功率能力濃縮到狹小的空間中，同時控制邊沿速率并降低 不需要的現(xiàn)場排放。集成的同步開關(guān)在受控開關(guān)邊沿下運行，不振鈴，僅提供 高效率和低噪聲的適當平衡，可在高達 2.5MHz 的頻率下運行，從而形成緊湊的解決方案。

拓撲選擇：升壓、降壓模式、升壓-降壓

LED 串由受控電流驅(qū)動，無需直接接地。發(fā)光二極管和發(fā)光二極管+?，或者任何一個，都可以連接到非接地電位。這為浮動輸出 DC/DC LED 驅(qū)動器拓撲開辟了選項領(lǐng)域，包括降壓模式（降壓）和升壓-降壓（升壓和降壓）。LT3922 的高邊 PWMTG 驅(qū)動器和同步開關(guān)可配置為升壓、降壓模式或升壓-降壓 LED 驅(qū)動器，同時保留所有 IC 特性的使用，即內(nèi)部 PWM 調(diào)光、SSFM、低 EMI、ISMON 輸出電流監(jiān)視器和輸出故障保護，這些功能從標準升壓拓撲結(jié)構(gòu)延續(xù)至降壓模式和升壓-降壓型。

提高

當用作升壓型轉(zhuǎn)換器時，LT3922 能夠為高達 34V 的 LED 供電，從而在低于 40V 的電壓下留出一些裕量用于 LED 開路過沖。 圖2所示的4MHz、28V至1V升壓LED驅(qū)動器為330mA的LED串供電，電壓高達34V。它可以在外部PWM調(diào)光 在 120Hz 至 2000：1 比率下，或者可在內(nèi)部調(diào)光至 128：1 比率，并在 PWM 引腳上使用模擬輸入電壓。

圖1.2MHz 常規(guī)升壓原理圖，2000Hz 時具有 1：120 PWM 調(diào)光

它可以承受開路 LED 和 LED 接地短路，并通過置位其 FAULT 引腳報告這些故障。輸出電流可以通過ISMON引腳進行監(jiān)控，即使在PWM調(diào)光期間也是如此。在2MHz開關(guān)頻率下，其基波EMI諧波位于AM頻段以上，但其EMI仍然很低?？梢蕴砑訑U頻調(diào)頻（SSFM），以將開關(guān)頻率分布在2MHz至2.5MHz之間，并降低基波及其多次諧波處的EMI。2MHz升壓轉(zhuǎn)換器的效率在91V時仍高達12%+在由于集成了同步開關(guān)。在較低的 V 下在，當峰值電感電流達到其限值時，輸出電流正常降低，在LED保持亮起時不閃爍。

麚

當 LT36 用于降壓模式拓撲時，輸入電壓可高達 1V，并且一串 LED 可以高達 5.3922A 的電流驅(qū)動， 如圖2所示。高端ISP和ISN電流檢測輸入以及PWMTG PMOS驅(qū)動器可輕松移至 LED，以降壓模式連接到輸入。LED? 直接連接到電感器，而不是接地。驅(qū)動兩個時，1A 6.5V 時的 LED，94V 時的同步降壓模式效率高達 12%在在 89V V 時仍高達 36%在.高 降壓模式轉(zhuǎn)換器的帶寬使其能夠在 1000Hz 時以 1：100 PWM 調(diào)光比工作。

圖2.400kHz降壓模式LED驅(qū)動器，帶1000：1 100Hz PWM調(diào)光亮度控制

升壓降壓

圖 3922 中的 LT3 升壓-降壓拓撲支持一個輸入電壓范圍，該范圍擴展在 LED 串電壓之上和之下。的總和 LED串電壓和輸入電壓必須保持在35V以下，以使ISP和ISN電壓低于40V絕對最大值。

圖3.2MHz升壓-降壓LED驅(qū)動器，具有低輸入和輸出紋波。該解決方案通過 CISPR 25 5 類。

這種獲得專利的低 EMI 拓撲具有升壓型低紋波輸入電感器和降壓模式型低紋波輸出導(dǎo)向型電感器。4V–18V 汽車輸入或多個電池化學輸入（5V、12V 和 19V）升壓-降壓轉(zhuǎn)換器可驅(qū)動 3V 至 16V 之間的任何 LED 燈串電壓。

與其他拓撲一樣，PWMTG 驅(qū)動器簡化了 PWM 調(diào)光 MOSFET 連接。開路和短路保護不是 在浮動 LED 拓撲中受到損害。LED 上的可選二極管?防止發(fā)光二極管?接地短路。

圖2中的3MHz轉(zhuǎn)換器在85V V時效率為87%（無EMI濾波器時為12%）在， 15V V發(fā)光二極管， 330mA I發(fā)光二極管高達 2000：1 120Hz 時的 PWM 調(diào)光比。該解決方案符合汽車日間行車燈、信號燈或尾燈 LED 的要求 驅(qū)動器，由于其尺寸，多功能性和低EMI。

汽車照明

LED的很多功能使其成為汽車照明的理想選擇。LED尾燈和日間行車燈具有視覺吸引力。 高效的 LED 大燈堅固耐用，使用壽命比相對容易燒壞的燈絲燈長幾個數(shù)量級 前輩。驅(qū)動器體積小、效率高，具有寬輸入和輸出電壓范圍，并應(yīng)具有低EMI。

纖巧型 LT3922 LED 驅(qū)動器具有汽車環(huán)境所需的低 EMI、高效率和故障保護功能。它可以供電 從汽車 9V–16V 輸入范圍，在面對瞬變時工作至 36V，在低至 3V （冷啟動條件下）。其低電磁干擾 靜音開關(guān)穩(wěn)壓器架構(gòu)、SSFM 和受控開關(guān)邊沿使其成為為低 EMI LED 供電的理想選擇。它的多功能性使其 適用于外部日間行車燈、信號燈、尾燈和前照燈段的升壓、降壓和升壓-降壓應(yīng)用 作為內(nèi)部儀表板和平視顯示器，具有高調(diào)光比。內(nèi)置的靈活性和故障保護減少了所需的數(shù)量 用于防止 LED 燈串短路和開路的組件。?

圖400中的4kHz汽車升壓LED驅(qū)動器通過了CISPR 25 5 Class EMI測試，如圖5所示，其中顯示了傳導(dǎo)和 LT3922 的輻射 EMI 測試結(jié)果以及 5 類 EMI 限值。這是 LT3922 低 EMI 特性組合的結(jié)果， 包括但不限于受控開關(guān)邊沿和擴頻頻率調(diào)制（SSFM）。當然，適當?shù)牟季趾?應(yīng)使用少量鐵氧體磁珠濾波（FB1和FB2）以獲得最佳EMI結(jié)果。

圖4.400kHz 汽車升壓 LED 驅(qū)動器，帶低 EMI 濾波器，可選擇 100%、10% 或 1% 內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光。EMI測試（圖5）表明，該解決方案通過了CISPR 25 Class 5。

圖5.圖400所示的4kHz LED驅(qū)動器的EMI曲線，通過CISPR 25 5類，具有最小的EMI濾波器。如果需要進一步降低EMI以滿足特定的制造商EMI要求，則可以在輸入端添加更大的LC濾波器。

內(nèi)置功能，實現(xiàn)低 EMI

LT3922 包括許多特性，使設(shè)計人員能夠輕松實現(xiàn)低 EMI 解決方案。首先，LT3922 集成了 凌力爾特獲得專利的靜音切換器架構(gòu)，其中內(nèi)部同步開關(guān)最大限度地減少了熱開關(guān)環(huán)路尺寸并可控 切換邊沿不振鈴。

圖 6 示出了 LT3922 的引出腳排列如何能夠在兩個 V 附近放置小型高頻電容器外用于最小化熱回路的引腳 尺寸和電磁干擾。

圖6.雙環(huán)路布局和高頻 0402 分離電容器可產(chǎn)生相對的小熱回路，有助于降低高頻 EMI。

開關(guān)邊沿速率由 LT3922 控制，從而消除了開關(guān)轉(zhuǎn)換器中常見的高頻振鈴，而沒有這種速率 特征。LT3922 的受控開關(guān)邊沿減小了電源開關(guān)高頻 EMI，而不會降低效率和功率 能力。

LT3922 中的 SSFM 以一種 100.125kHz 的速率將電阻器設(shè)置開關(guān)頻率從其值的 1% 上下分配至 6%，以實現(xiàn) 400kHz轉(zhuǎn)換器。這降低了轉(zhuǎn)換器在低頻和高頻下的峰值和平均EMI。該功能易于打開 并通過將 SYNC/SPRD 引腳連接到 INTV 來關(guān)閉抄送或分別是GND。

內(nèi)部生成的 PWM 調(diào)光

通過 CTRL 引腳上的可調(diào)電壓進行模擬調(diào)光一直比更精確的 PWM 調(diào)光更容易實現(xiàn)。直到 現(xiàn)在，PWM調(diào)光需要一個外部時鐘或微信號，其占空比通過PWM輸入引腳控制亮度。然而 LT3922 具有一個內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光信號，該信號只需要 PWM 引腳上的一個外部電壓即可設(shè)置占空比 128：1 PWM 調(diào)光的周期。PWM 周期（例如 122Hz）由 RP 引腳上的單個電阻設(shè)置。

LED電流精度對于具有冗余光簇的車輛至關(guān)重要。出于顯而易見的原因，雙方的亮度必須匹配。 相同制造的LED可以在相同的驅(qū)動電流下產(chǎn)生不同的亮度。LT3922 的內(nèi)部調(diào)光功能可以 用于接近或略低于 100% 占空比的亮度調(diào)整，然后設(shè)置為精確的 10：1 或 100：1 比率。這樣可以節(jié)省光線 集群制造商無需為特殊分類的 LED 支付額外費用。

當需要更高的調(diào)光比時，LT3922 能夠以常規(guī)方式進行外部調(diào)光。高帶寬 400kHz 降壓模式 圖2中的LED驅(qū)動器在1000Hz時產(chǎn)生1：100 PWM調(diào)光比。圖2中的1MHz升壓LED驅(qū)動器可實現(xiàn)2000：1調(diào)光 120Hz時的比率如圖7a所示。通過放置122Hz頻率，可以為內(nèi)部生成的PWM調(diào)光設(shè)置相同的電路 RP 引腳上的電阻，并將 PWM 引腳電壓設(shè)置為 1.0V 至 2.0V，以實現(xiàn)高達 128：1 的調(diào)光，如圖 7b 所示。The LT3922 在某些應(yīng)用中可設(shè)置為與高達 5000：1 的外部 PWM 調(diào)光配合運行，并且 PWM 調(diào)光可與 LT3922 的 用于超過 50，000：1 亮度控制的模擬調(diào)光

圖7.（a） 外部生成的 2000：1 或 4000：1 PWM 調(diào)光（圖 1）和 （b） 內(nèi)部生成的 128：1 PWM 調(diào)光（圖 1）。

機器視覺

在工業(yè)裝配線應(yīng)用中，機器視覺（圖8）使用高速數(shù)字技術(shù)為設(shè)備提供快速視覺反饋 攝影與數(shù)字圖像處理相結(jié)合。這有助于快速識別和隔離有缺陷的產(chǎn)品，很少或沒有人 檢查。用于機器視覺系統(tǒng)的照明必須與裝配線過程的速度同步，同時 在無限期的關(guān)斷時間內(nèi)保持產(chǎn)生一致光脈沖的能力。

圖8.裝配線系統(tǒng)概述與機器視覺應(yīng)用。

傳統(tǒng)的LED驅(qū)動器在PWM輸入信號保持低電平后無法保持其輸出電壓 時間。這是由于輸出電容逐漸放電，使得通用LED驅(qū)動器不適合這些類型的應(yīng)用。 然而，LT3922 在 PWM 信號的下降沿期間對轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)進行數(shù)字采樣。然后它保持其 通過在 PWM 關(guān)斷時間內(nèi)執(zhí)行“維護開關(guān)”，在 LED 處于 由高壓側(cè) PMOS 斷開。在頻率高于 100Hz 的標準 PWM 調(diào)光期間，最長關(guān)斷時間為 10ms 或更短，并且 此時無法從輸出端拉出太多漏電流。機器視覺和頻閃應(yīng)用之間的關(guān)斷時間可能很長 100ms和5s（或更長），允許數(shù)十到數(shù)百倍的泄漏。

維護開關(guān)可確保輸出電容器維持在 LT3922 的上一個采樣周期內(nèi)記錄的電壓。這 假設(shè)向IC提供不間斷的輸入電源，轉(zhuǎn)換器狀態(tài)的數(shù)字樣本將無限期存儲。這允許 LT3922在任何給定關(guān)斷時間內(nèi)具有一致的輸出電流波形，如圖9所示。

圖9.無論空閑或停機時間如何，相機閃光燈波形看起來都一樣。波形在 10ms 后和 10 小時后顯示脈沖?？臻e一小時后閃光燈看起來與1毫秒后相同。這些結(jié)果適用于圖<>所示電路。

結(jié)論

LT?3922 具內(nèi)部同步 36A 開關(guān)的 2V LED 驅(qū)動器是一款緊湊的多功能 LED 驅(qū)動器。它可以很容易地用于升壓， 降壓和升壓-降壓拓撲。無論拓撲結(jié)構(gòu)如何，其所有功能都可用，包括高 PWM 調(diào)光能力和 內(nèi)部產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光。低 EMI 可通過其靜音切換器布局和 SSFM 輕松實現(xiàn)。其緊湊且同步 開關(guān)即使在高達 2MHz 的頻率下也能保持高效率。憑借強大的故障保護功能，該 IC 可輕松滿足以下要求： 汽車其他要求苛刻的應(yīng)用。

審核編輯：郭婷