高功率LED在現(xiàn)代照明系統(tǒng)中繼續(xù)激增，涵蓋汽車前燈、工業(yè)/商業(yè)標(biāo)牌、建筑照明和各種消費(fèi)電子應(yīng)用。行業(yè)向LED技術(shù)的過(guò)渡是由固態(tài)照明相對(duì)于傳統(tǒng)光源提供的明顯優(yōu)勢(shì)推動(dòng)的：將電能轉(zhuǎn)換為光輸出的高效率，以及較長(zhǎng)的使用壽命。

隨著LED照明被納入越來(lái)越多的應(yīng)用中，對(duì)更高LED電流以增加光輸出的需求也在增長(zhǎng)。為大電流LED串供電的最大挑戰(zhàn)之一是在負(fù)責(zé)提供良好調(diào)節(jié)LED電流的功率轉(zhuǎn)換器級(jí)保持高效率。功率轉(zhuǎn)換器的效率低下表現(xiàn)為不必要的熱量，其來(lái)源于電流調(diào)節(jié)器電路的開(kāi)關(guān)元件。

LT?3762 是一款同步升壓型 LED 控制器，專為減少高功率升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)中常見(jiàn)的效率損耗源而設(shè)計(jì)。該器件的同步工作特性可最大限度地降低異步DC-DC轉(zhuǎn)換器中箝位二極管正向壓降通常產(chǎn)生的損耗。這種更高的效率使得 LT3762 能夠提供比類似的異步升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器高得多的輸出電流，尤其是在低輸入電壓下。為了改善低輸入電壓操作，板載DC-DC穩(wěn)壓器為柵極驅(qū)動(dòng)電路提供7.5 V電壓，即使輸入降至7.5 V以下也是如此。在低輸入電壓下具有強(qiáng)柵極驅(qū)動(dòng)電壓源的結(jié)果是，隨著輸入電壓的降低，MOSFET產(chǎn)生的熱量更少，從而將工作輸入范圍的低端擴(kuò)展到3 V。

圖1.LT3762演示電路（DC2342A）在寬輸入電壓范圍內(nèi)以2 A電流為高達(dá)32 V的LED供電。該演示電路可通過(guò)額外的MOSFET和電容輕松修改，以增加輸出功率。

該升壓型 LED 控制器可配置為在 100 kHz 和 1 MHz 固定開(kāi)關(guān)頻率范圍內(nèi)工作，可選 ?30% × f西 南部擴(kuò)頻頻率調(diào)制，可降低與開(kāi)關(guān)相關(guān)的EMI能量峰值。LT3762 可在升壓、降壓或升壓 / 降壓拓?fù)渲羞\(yùn)行，以便為 LED 供電。高邊 PMOS 斷開(kāi)開(kāi)關(guān)有助于 PWM 調(diào)光，并在 LED 處于開(kāi)路/短路狀態(tài)時(shí)保護(hù)器件免受潛在損壞。

LT3762 具有一個(gè)內(nèi)部 PWM 發(fā)生器，該發(fā)生器使用單個(gè)電容器和一個(gè)直流電壓來(lái)設(shè)定頻率和脈沖寬度以實(shí)現(xiàn)高達(dá) 250：1 的 PWM 調(diào)光比，并且還可以使用一個(gè)外部 PWM 信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)高達(dá) 3000：1 的調(diào)光比。圖2中的原理圖顯示了使用LT3762的演示電路應(yīng)用（DC2342A），LT3762配置為在4 V至28 V輸入電壓范圍內(nèi)以2 A電流為高達(dá)32 V的LED供電。LT3762 同步升壓 LED 控制器采用 4 mm × 5 mm QFN 封裝以及 28 引腳 TSSOP 封裝。

圖2.32 V、2 A LT3762升壓LED驅(qū)動(dòng)器。

同步切換

在異步DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲校?a target="_blank">肖特基箝位二極管用作無(wú)源開(kāi)關(guān)，以簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)換器對(duì)單個(gè)MOSFET進(jìn)行脈寬調(diào)制的控制方案。雖然從控制角度來(lái)看，這確實(shí)簡(jiǎn)化了事情，但它限制了可以輸送到輸出的電流量。肖特基二極管與PN結(jié)器件一樣，在任何電流通過(guò)器件之前都會(huì)經(jīng)歷正向壓降。由于肖特基二極管中的功耗是其正向壓降和電流的乘積，因此與傳導(dǎo)相關(guān)的功耗在過(guò)高的輸出電流水平下會(huì)導(dǎo)致幾瓦的損耗，從而導(dǎo)致肖特基二極管升溫，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器效率低下。

LT?3762 同步開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器不會(huì)遇到與異步轉(zhuǎn)換器相同的輸出電流限制。這是因?yàn)橥睫D(zhuǎn)換器用第二個(gè)MOSFET取代肖特基二極管。與肖特基二極管不同，MOSFET沒(méi)有正向壓降。相反，MOSFET具有一個(gè)小電阻，當(dāng)器件完全增強(qiáng)時(shí)，該電阻從漏極到源極形成。MOSFET在高電流下產(chǎn)生的傳導(dǎo)損耗遠(yuǎn)低于肖特基二極管，因?yàn)楣β蕮p耗與通過(guò)器件的電流平方和漏源電阻的乘積成正比。即使在7 V的最低全功率輸入電壓下，MOSFET也僅承受約30°C的溫升，如圖3所示。

圖3.在相同的測(cè)試條件下，使用類似的元件選擇，同步LT3762（左）為32 V的LED串供電，電流為2 A，溫升遠(yuǎn)低于異步LT3755-2電路（右）中觀察到的溫升。熱性能的提高歸因于用同步MOSFET取代肖特基箝位二極管，從而消除了二極管正向壓降引起的損耗。

低輸入電壓操作

高功率升壓LED控制器的另一個(gè)挑戰(zhàn)區(qū)域發(fā)生在低輸入電壓操作期間。大多數(shù)升壓DC-DC穩(wěn)壓器IC使用由器件輸入供電的內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器，為IC內(nèi)的模擬和數(shù)字控制電路提供較低電壓的電源。在從內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器獲取功率的電路中，柵極驅(qū)動(dòng)器消耗的功率最多，其性能受LDO穩(wěn)壓器輸出波動(dòng)的影響。當(dāng)輸入電壓降至LDO輸出電壓以下時(shí)，LDO輸出開(kāi)始崩潰，這限制了柵極驅(qū)動(dòng)器適當(dāng)增強(qiáng)MOSFET的能力。當(dāng)MOSFET未完全增強(qiáng)時(shí)，它們?cè)诟叩碾娮锠顟B(tài)下工作，導(dǎo)致它們?cè)陔娏魍ㄟ^(guò)器件時(shí)以熱量的形式耗散功率。

升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲械牡洼斎腚妷翰僮鲿?huì)導(dǎo)致較高的輸入電流，當(dāng)必須通過(guò)電阻性更強(qiáng)的MOSFET器件時(shí)，會(huì)加劇傳導(dǎo)損耗。根據(jù)穩(wěn)壓器IC的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，這會(huì)嚴(yán)重限制器件在不過(guò)熱的情況下成功實(shí)現(xiàn)的低輸入電壓范圍。

LT3762采用集成降壓-升壓DC-DC穩(wěn)壓器，而不是LDO穩(wěn)壓器，即使在輸入電壓較低時(shí)也能提供7.5 V電壓為內(nèi)部電路供電。該降壓-升壓型穩(wěn)壓器僅消耗 LT3762 IC 的三個(gè)引腳，并且只需要兩個(gè)額外的組件。與最小輸入電壓為4.5 V和6 V的內(nèi)部LDO控制器器件相比，LT3762能夠?qū)⑵漭斎牍ぷ鞣秶鷶U(kuò)展至3 V。 降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的7.5 V輸出為柵極驅(qū)動(dòng)器供電，允許使用6 V/7 V柵極驅(qū)動(dòng)MOSFET。較高的柵極驅(qū)動(dòng)電壓MOSFET往往具有較低的漏源電阻，并且（開(kāi)關(guān)損耗除外）比較低的柵極驅(qū)動(dòng)電壓同行更有效地工作。

圖4.32 V、2 A LT3762 LED驅(qū)動(dòng)器可在寬輸入范圍內(nèi)保持高效率。低電壓在折返有助于避免開(kāi)關(guān)/電感器電流過(guò)大。異步開(kāi)關(guān)從 24 V 輸入開(kāi)始。

靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

與ADI公司的大多數(shù)其他升壓LED驅(qū)動(dòng)器一樣，LT3762 可以重新配置為以升壓配置為 LED 供電，也可以重新配置為降壓 （降壓模式） 和升壓 / 降壓 （降壓-升壓模式和升壓-降壓模式）。在這些升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)渥凅w中，ADI公司獲得專利的升壓-降壓模式配置能夠用作升壓/降壓轉(zhuǎn)換器，并具有低EMI工作的額外優(yōu)勢(shì)。這種拓?fù)淅脙蓚€(gè)電感器，一個(gè)面向輸入，另一個(gè)面向輸出，以幫助濾除開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的噪聲。這些電感器有助于抑制耦合到輸入電源和可能連接的其他器件以及 LED 負(fù)載的 EMI。

可以在升壓-降壓模式拓?fù)渲刑砑宇~外的電路，以提供LED的短路保護(hù)–節(jié)點(diǎn)到GND。圖 5 中的原理圖示出了在添加此保護(hù)電路的情況下，LT3762 處于升壓-降壓模式配置。如果 LED 指示燈–短路至GND，M4被迫關(guān)斷，阻斷通過(guò)電感器到達(dá)輸入的傳導(dǎo)路徑，防止電流過(guò)大。當(dāng) M4 被迫關(guān)斷時(shí)，D3 將 EN/UVLO 引腳拉低以阻止轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)，直到短路消除。此保護(hù)電路與 LT3762 的內(nèi)置開(kāi)路 / 短路檢測(cè)功能結(jié)合使用，使得該解決方案能夠在惡劣環(huán)境中經(jīng)受各種故障條件的考驗(yàn)。

圖5.LT3762的25 V、1.5 A升壓-降壓配置，內(nèi)置LED–接地短路保護(hù)。

結(jié)論

異步升壓轉(zhuǎn)換器通常難以提供高輸出電流，而不會(huì)在正常工作時(shí)遇到顯著的功率損耗和續(xù)流二極管發(fā)熱。除了肖特基二極管產(chǎn)生的損耗外，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，此類轉(zhuǎn)換器難以保持最大功率輸出能力，這限制了整個(gè)輸入范圍內(nèi)的功率傳輸。異步DC-DC轉(zhuǎn)換器根本不適合更高的功率水平，必須采用同步開(kāi)關(guān)方案以滿足應(yīng)用規(guī)范。LT?3762 升壓型 LED 控制器通過(guò)其同步開(kāi)關(guān)解決了提供高輸出電流的問(wèn)題，由于其內(nèi)置 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，能夠在低得多的輸入電壓下工作，并且具有用于多種電路拓?fù)涞撵`活性。

審核編輯：郭婷