LED照明解決方案廣受歡迎的原因之一，是LED能通過簡單的電流控制來獲得很寬的調光范圍，比如汽車儀表盤和飛機駕駛員座艙等環境照度可能非常低的應用場合就需要非常寬的PWM調光范圍。凌力爾特公司的LT3478和LT3478-1是單芯片升壓型DC/DC轉換器，能在很寬的可設置范圍內利用恒定電流來驅動高亮度LED。除了可選的10:1模擬調光范圍之外，LT3478和LT3478-1還具有3000:1的PWM調光范圍，可以保持LED的色彩。
LT3478和LT3478-1的易用性很好，并具有旨在優化性能、可靠性、外形尺寸和總成本的可編程功能。這些器件可工作在升壓、降壓和降升壓型LED驅動器拓撲結構中。它們所能提供的LED電流大小取決于拓撲結構，最高可達4A。LT3478和LT3478-1是大功率LED應用(包括汽車和航空電子照明)的理想選擇，它們采用16引腳耐熱增強型TSSOP封裝，具有E級或I級溫度額定值。
圖1：面向汽車TFT LED背光應用的升壓型LED驅動電路。
LT3478和LT3478-1的工作原理與傳統的電流式升壓型轉換器相似，但它們采用LED電流(而不是輸出電壓)作為控制環路的主反饋源。圖2給出了各部分的主要功能。這兩款器件均采用高壓側LED電流檢測，以便可以工作在降壓和降升壓模式。LT3478-1通過集成電流檢測電阻器來節省空間和成本，并將最大LED電流限制為1.05A。LT3478采用外部檢測電阻器，允許最大可編程LED電流為4A。
圖2：LT3478和LT3478-1功能框圖。
設置最大LED電流
調光的電流控制是一個重要的特性，但避免LED過驅動(超過其最大額定電流)也同樣很重要。LT3478和LT3478-1使設置最大電流以及根據溫度降低最大電流變得非常容易。
圖3：用來設置最大LED電流的電路連接圖。
LT3478和LT3478-1利用CTRL1引腳電壓來控制最大LED電流，除非器件被設置為根據溫度降低最大LED電流(利用CTRL2引腳來完成)。可以利用從VREF(見圖3)或外部電壓電源引出的簡單電阻分壓器來設置CTRL1引腳電壓，也可以直接將CTRL1連接至VREF引腳，以提供最大電流。圖4給出了LED電流與CTRL1引腳電壓的關系曲線。
圖4：LED電流與CTRL1引腳電壓的關系曲線。
根據溫度降低最大LED電流
為確保最佳的可靠性，LED制造商規定了最大容許LED電流與溫度的關系曲線(圖5)。如果不根據溫度調節最大LED電流，可能對LED造成永久損壞。
圖5：LED電流下降曲線與環境溫度的關系。
圖6：設置LED電流降額曲線與溫度的關系。
LT3478和LT3478-1通過CTRL2引腳來降低電流。如圖6所示，只需通過一個與溫度有關的電阻分壓器把CTRL2引腳連接至VREF即可。當溫度上升時，CTRL2引腳電壓下降，當CTRL2引腳電壓降至低于CTRL1引腳電壓時，則由CTRL2引腳電壓設置最大LED電流(圖7)。
LED電流開始下降時的溫度以及電流下降的快慢由所采用的電阻網絡/阻值來選擇。表1列出了NTC電阻器制造商村田電子、TDK和Digi-Key的網站信息。Murata Electronics(村田電子)公司特別提供了一個用于選擇所需的電阻器組合形式(如圖6所示)的在線仿真程序，其中包括一份說明NTC電阻器規格的產品目錄。圖5給出了LT3478-1編程LED電流下降與溫度關系曲線的一個實例，采用的是圖6所示的可選方案C，其中：R4=19.3k、RY=3.01k、RNTC=22k(NCP15XW223J0SRC)。有關如何通過手工計算來確定這些數值的更加詳盡的描述，請查閱LT3478和LT3478-1的數據表。
表1：NTC電阻器制造商/分銷商。
圖7：CTRL1和CTRL2引腳電壓與溫度的關系曲線。
模擬調光
許多LED應用都需要進行準確的亮度控制。可以簡單地通過減小LED電流來降低LED亮度，這種方法被稱為"模擬調光"，但減小LED的工作電流會改變LED的色彩。LT3478和LT3478-1可以通過把CTRL1引腳電壓從1V降至0.1V來實現10:1調光。如果色彩保持特性很重要，PWM調光是一種更好的可選方案。
圖8：PWM調光通過PWM引腳來實現。
圖9：PWM調光波形，當PWM引腳為有效高電平或低電平時，LED電流分別為最大值或0。
PWM調光
PWM調光(圖8和圖9)可產生很高的調光比，且不會導致與電流有關的LED色彩變化。LT3478和LT3478-1的PWM調光是通過PWM引腳來實現的。當PWM引腳為有效高電平(TPWM(ON))或低電平時，LED電流分別為最大值或0。LED的導通時間(或者平均電流)受控于PWM引腳的占空比。由于LED始終工作于相同的電流條件下(最大電流由CTRL1引腳設置)，而只有平均電流發生變化，所以調光不會導致LED的色彩改變。
PWM調光并不是一個新技術，但要實現高PWM調光比(需要極低的PWM占空比)卻頗具挑戰性。LT3478和LT3478-1采用一種專利架構來實現超過3000:1的PWM調光比(100Hz)。圖10的應用電路可以實現超過3,000:1的PWM調光比，前提是PWM導通時間被縮減至3個開關周期(當fPWM=100Hz時，TPWM(ON)<3.3μs)。圖11和12是圖10的相應關系曲線和波形。
圖10：專為高PWM調光比而優化的升壓型LED驅動器電路。
利用PWM引腳來實現最大PWM調光比(PDR)滿足以下關系式：
PWM調光比=1/最小PWM占空比=1/(TPWM(ON)MIN·fPWM)
圖10中的簡化波形和下面給出的準則說明了PWM占空比、PWM頻率、PWM調光比和LED電流之間的關系：
1. 對于100Hz的PWM頻率(fPWM)，一個數值為3,000的PDR意味著3.3μs的PWM導通時間。
2. 對于固定的PWM導通時間，PWM頻率越低，PWM調光比就越高。但對最低可以把PWM頻率控制到什么水平是有限制的，因為人眼會感覺到頻率低于80Hz的閃爍。
3. 提高編程開關頻率(fOSC)可以提高PDR，但會導致效率下降和內部發熱量的增加。一般來說，TPWM(ON)MIN=3×1/fOSC(約為3個開關周期)。
4. 應最大限度地減小輸出電容器的漏電流。當PWM引腳為低電平時，LT3478和LT3478-1將關斷所有從VOUT獲得工作電流的電路。
5. 如欲獲得更寬的調光范圍，可以組合應用PWM調光和模擬調光功能，此時TDR=PDR·ADR，其中TDR=總調光比，PDR=PWM調光比，ADR=模擬調光比。3000:1的PDR和10:1(CTRL引腳電壓為0.1V)的ADR將產生30,000:1的TDR。
圖11：圖10電路中的LED電流與PWM調光比的關系曲線。
開路LED保護
輸出電壓具有一個可設置的最大值，以避免LED因斷接(開路LED)而后重接導致受損。在LED斷接期間，轉換器可變至開口回路，并把輸出電壓驅動至極高，從而致使內部電源開關遭到損壞。大多數LED驅動器都具有一個用于保護開關的固定最大輸出電壓，但對于重新連接的LED串來說，該電壓可能過高。LT3478和LT3478-1提供了一個可編程過壓保護(OVP)電平，以根據串聯的LED的數目來限制輸出電壓。OVPSET電壓負責限制最大輸出電壓，最大輸出電壓=OVPSET電壓x41。
圖12：圖10電路的PWM調光波形。
OVPSET電壓利用其自身的電阻分壓器，或通過給用于確定CTRL1電壓的分壓器增添一個電阻器，從VREF獲得。OVPSET編程電平不應超過1V，以確保開關電壓不超過42V。
高可靠性：故障檢測和軟啟動
為在熱插拔、啟動或正常操作期間實現可靠的性能，LT3478和LT3478-1可監視以下任何故障的系統參數：VIN<2.8V，SHDN<1.4V，電感器涌入電流大于6A和/或輸出電壓高于編程OVP電壓。一旦檢測到任何上述故障，LT3478和LT3478-1立即停止開關操作，并對軟啟動引腳進行放電(圖13)。當所有故障都被消除且SS電壓被放電到低于0.25V時，內部12μA電源將以外部電容器CSS所設置的速率對SS引腳進行充電。SS電壓的平緩上升等效于開關電流限值的斜坡上升，直到SS電壓超過VC電壓。
高效率：獨立的電感器和IC電源，可設置fOSC，60mΩ開關
LT3478和LT3478-1能采用獨立的IC和電感器電源，以優化效率和開關占空比范圍。電感器涌入電流的檢測采用VS和L引腳，而與VIN電源無關(圖2)，這使得能利用系統的最低可用電源(至少2.8V)為VIN供電，以盡量減少電源開關驅動器中的效率損失。這樣，電感器能通過一個更加適合LED負載的占空比和功率要求的電源(2.8V至36V)來供電。可對電源開關的開關頻率進行調節，以實現系統所需的最佳電感器尺寸和效率性能。通過盡可能地降低開關損耗(對于高占空比操作)，60mΩ導通電阻進一步地提高了效率。
圖13：LT3478/LT3478-1故障檢測和SS引腳電壓時序圖。
本文小結
LT3478和LT3478-1非常適合于要求高LED電流和高PWM調光比的升壓、降壓或降升壓型LED驅動應用。4.5A的高峰值開關電流限值和新型的PWM調光架構，使LT3478和LT3478-1能在高達4A的LED電流條件下提供高PWM調光比。(凌力爾特公司)
圖14：針對便攜式照相閃光燈應用的降升壓型LED驅動器電路。
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