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大电流/高速LED驱动器给PWM调光带来了突破性的改革
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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
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
图 3 ：采用开关型输出电容器的 [p] 24V 、 20A LED 驱动器
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。
相对较低的 450kHz 开关频率允许使用非常小的 1.0uH 电感器。在 25% 纹波电流时，大电流状态和小电流状态的转换时间约为 2us 。1mF 的大输出电容器存储了两种不同电流状态下 LED 两端的压降，并在 MOSFET 调光开关接通时，提供瞬时电流。就实现快速 LED 电流转换而言，采用几个并联的低 ESR 电容器是至关重要的。
图 4 ： 0A [p] 至 2A 至 20A 的 LED 电流阶跃
图 5 ：采用绿光 LED 时， 12V 、 20A PWM 调光的效率
图 6 ：具限流并联输出的 6V 至 36V 输入、 2A LED 驱动器
图 7 ： 0A 至 2A 限流并联输出 PWM 调光 [p]
稳定的大电流和小电流由 VREF 引脚与 CTRL_L 和 CTRL_H 引脚之间的分压器设定。VREF 引脚上的 ±2% 、2V 基准还用来向连接到 CTRL_T 引脚的过热减额电路 (参见后面“过热时降低 LED 电流”一节) 提供基准信号。
为了减小可能较大的启动电流，LT3473 运用了一种独特的软起动电路，以节制稳定电流，从而在软起动引脚充电至 1.5V 时，提供全驱动。为了最大限度地缩短不同电流值转换的时间，LT3743 对每种电流值都提供了单独的补偿，这样电流控制环路就可以尽快回复到稳定工作状态。图 4 显示了从 0A 至 2A 至 20A 的 LED 电流阶跃。
在宽 PWM 占空比范围内提供高效率
在便携式 DLP 投影机中，功耗是一个至关重要的设计参数。与目前市场上很多并联型大电流 LED 驱动器不同，LT3743 在很宽的 PWM 占空比范围内具有非常高的效率。通过仅向负载提供功率，而不是将功率分流或给输出电容器充电，常见的传统 PWM 调光驱动器中损失的大多数能量都能节省下来。图 5 显示以 0A 至 20A 的电流在整个占空比范围内驱动一个绿光 LED 和 VIN = 12V 时的效率。
图 8 ：具开关型阴极 PWM 调光的 6V 至 30V 输入、 20A LED 驱动器
停机和准确启动
当提供大的负载电流时，正确工作所需的电源欠压闭锁 (UVLO) 迟滞量在很大程度上取决于电路板布局。为了实现最大的灵活性，LT3743 纳入了一个具 5.5uA 电流源的准确启动门限，当 EN/UVLO 引脚电压低于 1.55V 时，该电流源的电流流入该引脚。利用一个接在输入电源和地之间的分压器，可给系统增加任意迟滞量。为了在便携式应用中节能，当 EN/UVLO 引脚电压低于 0.5V 时，LT3743 将彻底停用，且电源电流降至低于 1uA。 [p] 开关型阴极 PWM 调光
除了分路器配置，LT3743 还可配置为驱动与 LED 阴极串联的调光 MOSFET 。当不需要多种电流状态时，这是首选的 PWM 调光方法。图 8 说明了具开关型阴极 PWM 调光的 6V 至 30V、20A LED 驱动器。图 9 显示了具 0A 至 20A 电流阶跃和 100:1 调光比的开关型阴极 PWM 调光。
结论
LT3743 产生超快的大电流 LED 上升时间，同时提供准确的电流调节。该器件能支持多种电流状态，通过允许 LED 色彩非常容易地混合，可满足用于剧院的高性能 DLP 投影机的需求。除了速度快，LT3743 的开关型电容器拓扑还允许使用紧凑和低值电感器，从而减小了所占用的电路板面积。其他特点包括开关周期同步、过压保护、高效率和非常容易地适应各种不同的应用需求。
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