【導(dǎo)讀】高功率LED所需的電流通常采用同步降壓型轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器來承受異步轉(zhuǎn)換器組件需要承受的應(yīng)力。這就證明同步整流能夠有效地限制轉(zhuǎn)換開關(guān)過程中高電流引發(fā)的功率損耗及升溫。本文就來講述通過同步降壓型LED驅(qū)動(dòng)器當(dāng)成升壓轉(zhuǎn)換器，從而限制功率損耗的方案設(shè)計(jì)。
同步整流在高功率升壓型LED驅(qū)動(dòng)器中能夠提供相同的好處，即使對(duì)于1A至3ALED也不例外。與降壓型轉(zhuǎn)換器不同的是，升壓型轉(zhuǎn)換器的峰值開關(guān)電流可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于LED電流，特別是在輸出功率很高和輸入電壓很低的時(shí)候。
在很多場(chǎng)合中，同步升壓型LED驅(qū)動(dòng)器不可用于某種特定的應(yīng)用。對(duì)于部分此類情形而言，可以采用一個(gè)同步降壓型LED驅(qū)動(dòng)器IC，但其將不充當(dāng)一個(gè)降壓型轉(zhuǎn)換器，而是起一個(gè)升壓模式(boostmode*)LED驅(qū)動(dòng)器的作用。
以LT374440V同步降壓型LED驅(qū)動(dòng)器為例，其專為驅(qū)動(dòng)用于投影機(jī)的高電流LED而設(shè)計(jì)。該器件具有一個(gè)多用途的浮動(dòng)VEE輸出，因而允許其在高電流降壓應(yīng)用以及把高電流LED的正極連接至地以滿足散熱要求的正至負(fù)(降壓-升壓型)拓?fù)渲惺褂?。正是這種浮動(dòng)VEE特性使得我們能夠?qū)⑦@款原本是為降壓應(yīng)用而設(shè)計(jì)的器件實(shí)際上用作一個(gè)同步升壓模式LED驅(qū)動(dòng)器。
LT3744升壓模式LED驅(qū)動(dòng)器
圖1所示的LT3744同步升壓模式LED驅(qū)動(dòng)器可采用一個(gè)汽車輸入(9V~16V)來調(diào)節(jié)一個(gè)3A、25V(75W)LED燈串，并提供了98%的效率。即使在這一功率級(jí)別下，采用12V輸入時(shí)的最大組件溫升僅為45°C，如圖2所示。該IC可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的10:1模擬調(diào)光和100:1PWM調(diào)光實(shí)施方案(在120Hz和采用接地參考輸入信號(hào)時(shí))，即使LED燈串和PWM調(diào)光MOSFET均未連接至GND也不例外。
圖1：升壓模式9V~16V輸入至25V、3ALED驅(qū)動(dòng)器(效率達(dá)98%)
雖然5mΩ檢測(cè)電阻器在該應(yīng)用中設(shè)定了一個(gè)10A的峰值開關(guān)電流，但該解決方案也可更改為采用一個(gè)6V輸入和一個(gè)15A峰值開關(guān)電流來運(yùn)作;使用了一個(gè)數(shù)值合適的電感器和一個(gè)降低的欠壓閉鎖。
LT3744上的負(fù)VEE電源軌能夠達(dá)到−21V。LT3744通過處理接地參考輸入控制信號(hào)的電平移位簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。一個(gè)簡(jiǎn)單的接地參考PWM輸入信號(hào)被電平移位至PWMOUT，因此不需要采用額外的電平移位電路來控制PWMMOSFET。同樣，LED電流設(shè)定檢測(cè)電阻器可直接連接至負(fù)VEE電源軌，一直到低至−21V。
經(jīng)過電平移位的GND和VEE
LT3744LED驅(qū)動(dòng)器的電平移位、正至負(fù)轉(zhuǎn)換特性是專為支持高電流接地正極LED驅(qū)動(dòng)器而設(shè)計(jì)的。盡管如此，相同的特性亦可用于將LED燈串連接在VIN和一個(gè)負(fù)VEE電位之間的升壓模式應(yīng)用。由于LED檢測(cè)電阻器和PWM調(diào)光MOSFET均安放于LED燈串的底部，因此來自接地參考PWM輸入的電平移位PWMOUT信號(hào)產(chǎn)生了一種看起來并不比傳統(tǒng)升壓PWM調(diào)光設(shè)置復(fù)雜的拓?fù)?。輸入?cè)看似一個(gè)簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)器，而且不管負(fù)VEE處在什么位置，CTRL模擬調(diào)光、SYNC輸入和使能輸入均參考于信號(hào)GND。
LT3744的VEE可一直降到低至−21V。對(duì)于25VVLED應(yīng)用，開路LED過壓保護(hù)設(shè)定在約26.5V。對(duì)于25VVLED升壓模式應(yīng)用而言，在考慮到一定的開路LED過沖的情況下，這將在負(fù)VEE變至超過−21V限值之前把VIN最小值限制在6V左右。為了能在最低6V的輸入條件下運(yùn)作，圖1中的解決方案需要一個(gè)較低的欠壓閉鎖和一個(gè)能夠容納15A峰值開關(guān)電流限值的檢測(cè)電阻器和電感器。對(duì)于較低VLED燈串(在任何電流水平)，只需進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的調(diào)整即可把最小輸入電壓降至4VVIN。
關(guān)于升壓模式的更多信息
升壓模式轉(zhuǎn)換器擁有許多與傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器相同的特性。，除了與眾不同的拓?fù)溥B接和高端開關(guān)S1(而不是低端開關(guān))的主控制之外，這款升壓模式轉(zhuǎn)換器具有與傳統(tǒng)升壓型轉(zhuǎn)換器相同的占空比、紋波電流和電壓應(yīng)力。如果不需要同步整流，則可把一個(gè)異步降壓型穩(wěn)壓器用作升壓模式驅(qū)動(dòng)器，并像在傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器中那樣用一個(gè)典型的箝位二極管D1來替代S2。
圖2：升壓模式電流紋波、占空比和電壓應(yīng)力與傳統(tǒng)升壓型穩(wěn)壓器相同
圖3中的增益–相位博德圖表示：甚至連升壓模式轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路的作用都類似于一個(gè)傳統(tǒng)的升壓型穩(wěn)壓器。當(dāng)交叉頻率為10kHz、相位余量為60°和增益裕度為−15dB時(shí)，圖1所示的LED驅(qū)動(dòng)器能夠保持穩(wěn)定和可靠。
結(jié)語
同步整流是一種通常被要求用來限制高功率LED驅(qū)動(dòng)器中的功率損耗之特性。如本文所述，可把一個(gè)同步降壓型LED驅(qū)動(dòng)器用作升壓模式轉(zhuǎn)換器，從而利用該特性在高性能降壓型穩(wěn)壓器IC中的廣泛可用性。特別地，LT3744同步降壓型LED驅(qū)動(dòng)器可被用作一個(gè)高效率9V~16V輸入、25VLED3A升壓模式LED驅(qū)動(dòng)器，對(duì)于75W轉(zhuǎn)換器可實(shí)現(xiàn)98%的效率。該器件擁有根據(jù)需要來對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行電平移位(從SGND至–VEE)的獨(dú)特能力，因而使得能夠造就一種所需組件并不比傳統(tǒng)升壓轉(zhuǎn)換器多的浮動(dòng)升壓模式拓?fù)洹?br />
相關(guān)閱讀：
專家支招：使用同步整流器提高非連續(xù)反激效率
IR推出具有同步功能、可降低成本的高速同步整流器
300µA超低綠色模式工作電流的同步整流器
