大电流/高速 LED 驱动器给 PWM 调光带来了突破性的改革

引言

        从 DLP 投影机中的大电流 LED 到大功率激光二极管，在很多照明应用中，都采用了能产生稳定的大电流脉冲功率驱动器，例如：在高端视频投影机中，大功率 LED 用来产生彩色照明。在这类投影机中，RGB LED 需要精确的调光控制，以实现准确的色彩混合，在这种情况下，可能需要提供比简单的 PWM 调光更强的控制能力。一般情况下，为了实现色彩混合所需要的宽动态范围，LED 驱动器必须能在两种完全不同的稳定峰值电流状态之间快速切换，并同时进行 PWM 调光，而且不会造成任何问题。LT3743 能满足这些苛刻的准确度和速度要求。

        LT3743 是一种同步降压型 DC/DC 控制器，它采用固定频率、平均电流模式控制方式，通过一个与电感器串联的检测电阻器准确地调节电感器电流。在 0V 至(VIN – 2V) 的输出电压范围内，LT3743 以 ±6% 的准确度调节任何负载的电流。

        通过将准确的模拟调光 (高和低状态) 和 PWM 调光相结合，LT3743 实现了精确、宽范围的 LED 电流控制。模拟调光通过 CTRL_L、CTRL_H 和 CTRL_T 引脚控制；PWM 调光则通过 PWM 和 CTRL_SEL 引脚控制。LT3743 独特地采用了外部开关型负载电容器，因此能实现高和低模拟状态的快速转换，从而允许 LT3743 在几微秒的时间内改变稳定的 LED 电流值。开关频率可以利用一个外部电阻器在 200kHz 至 1MHz 范围内设定，而且可同步至一个 300kHz 至 1MHz 的外部时钟。

 

图 1：基本的开关型电容器拓扑

VOUT FOR IREG DETERMINEDBY CTRL_H：用来产生 IREG 的 VOUT，由 CTRL_H 决定
LED LOAD：LED 负载
VOUT FOR IREG DETERMINED BY CTRL_L：用来产生 IREG 的 VOUT，由 CTRL_L 决定

开关型输出电容器拓扑

        在传统的稳流器中，负载两端的电压存储在输出电容器中。如果负载电流突然变化，那么输出电容器中的电压必须充电或放电，以匹配新的稳定电流。转换时，对负载中的电流控制欠佳，从而导致了缓慢的负载电流响应时间。

         LT3743用一种独特的开关型输出电容器拓扑解决了这个问题，该拓扑实现了超快的负载电流上升和下降时间。这种拓扑的基本理念是，LT3743 充当稳定电流源，驱动负载。就给定电流而言，负载两端的压降存储在第一个开关型输出电容器中。当需要不同的稳定电流状态时，第一个输出电容器就关断，而第二个电容器则接通。这使每个电容器都能存储与想要的稳定电流相对应的负载压降。

         

图 1 显示了具有各种控制引脚的基本拓扑。PWM 和 CTRL_SEL 引脚是数字控制引脚，决定稳定电流的状态。CTRL_H 和 CTRL_L 引脚是模拟输入，具有 0V 至 1.5V 的满标度范围，可在电流检测电阻器两端产生 0mV 至 50mV 的稳定电压。

 

图 2：LED 电流 PWM 和 CTRL_SEL 调光

INDUCTOR CURRENT：电感器电流
LED CURRENT：LED 电流

 

图 3：采用开关型输出电容器的 24V、20A LED 驱动器

20A MAXIMUM：20A 最大值
THREE IN PARALLEL：3 个并联

       图 2 示显示了对应于各种不同的 PWM 和 CTRL_SEL 引脚状态的时序波形。当 PWM 为低电平时，所有切换都终止，两个输出电容器都与负载断接。

尽管 LT3743 可以配置为采用开关型输出电容器，但它适用于任何传统的模拟和/或 PWM 调光电路。


开关周期同步

        LT3743 将所有切换边沿同步至 PWM 和 CTRL_SEL 的上升沿。就周期性或非周期性 PWM 调光脉冲而言，同步使系统设计师能自由地使用不同的脉冲宽度和占空比。就大电流 LED 驱动器而言，在从零电流或小电流状态恢复至大电流状态时，这是一种必不可少的特色。无论何时，只要 CTRL_SEL 或 PWM 信号变高，就重新启动时钟，这样电感器电流就会立即开始斜坡上升，而不必等待时钟的上升沿。没有同步时，时钟脉冲沿和 PWM 脉冲沿的相位关系是不受控制的，有可能在 LED 光输出中引起可见抖动。当在 SYNC 引脚应用一个外部时钟时，开关周期在 8 个开关周期内重新同步至该外部时钟。


       一款采用开关型输出电容器、面向高端 DLP 投影机的 24V、20A LED 驱动器

       高端 DLP 投影机要求最高质量的图像和彩色重现。为了实现高的彩色准确度，各个 LED 的彩色偏差都要通过与其他两种彩色 LED 色彩的混合来校正。例如：当红光 LED 处于满电流导通状态时，蓝光和绿光 LED 以低电流值接通，这样它们的色彩就可以混合，以产生准确的红光。这种方法要求能在相对较低 (约 2A) 和相对较高 (约 20A) 的 LED 电流之间快速转换，以保持 PWM 调光脉冲沿。图 3 显示了一款专供高端 DLP 投影机使用的 24V/20A LED 驱动器。