摘 要： 介紹了凌力爾特公司（Linear 公司）推出的一款大電流、4 通道 LED 驅(qū)動(dòng)器 LT3476；詳細(xì)描述了 LT3476 的性能、特點(diǎn)、 引腳功能、工作原理及其典型應(yīng)用；給出了外圍電感和電容的選擇計(jì)算方法。該器件可為大功率 LED 照明驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)提 供參考。
關(guān)鍵詞： 驅(qū)動(dòng)器，放大器，二極管/發(fā)光二極管，誤差放大器，LT3476
1 引言
LT3476 是凌力爾特公司最新推出的 4 通道 DC-DC 轉(zhuǎn) 換器。它的每個(gè)通道都能驅(qū)動(dòng)多達(dá) 8 個(gè)串聯(lián)的 1A 發(fā)光二 極管（LED），因而能驅(qū)動(dòng)多達(dá) 32 個(gè) 1A LED，同時(shí)具有 高達(dá) 96％的效率。4 個(gè)通道中的每一個(gè)都由獨(dú)立的真正彩 色 PWM 信號(hào)控制，從而對(duì)每個(gè)通道都能以高達(dá) 1000∶1 的調(diào)光比進(jìn)行獨(dú)立調(diào)光。采用固定頻率和電流模式結(jié)構(gòu)可
確保它在寬電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。頻率調(diào) 節(jié)引腳能使用戶(hù)在 200kHz~2MHz 的范圍內(nèi)對(duì)頻率進(jìn)行編
程，以?xún)?yōu)化效率，同時(shí)也可以最大限度地減小外部器件的 尺寸。采用耐熱增強(qiáng)型 5mm×7mn QFN 封裝，有助于解 決 100W LED 應(yīng)用中占板面積和高度的緊湊問(wèn)題。
LT3476 在 LED 的高壓側(cè)檢測(cè)輸出電流，是一個(gè)靈活 性最高的 LED 驅(qū)動(dòng)方案，可提供降壓、升壓或降壓 / 升 壓型配置。在 105mV 的全標(biāo)度值條件下，將每個(gè)電流監(jiān) 視器的門(mén)限準(zhǔn)確度修正至 2.5％以?xún)?nèi)，用戶(hù)就能利用一個(gè) 外部檢測(cè)電阻器來(lái)設(shè)置每個(gè)通道的輸出電流范圍。4 個(gè)穩(wěn)
壓器均由對(duì)應(yīng)信道的 PWM 信號(hào)來(lái)獨(dú)立操作。該 PWM 可 精準(zhǔn)調(diào)節(jié) LED 信號(hào)源的混色或調(diào)光比，其調(diào)光比可高達(dá) 1000∶1。
2 性能特點(diǎn)
LT3476 的 特 點(diǎn) 是： ① 采 用 True Color PWMTM 調(diào)
光， 可提供高達(dá) 1000∶1 的調(diào)光比；②采用高壓側(cè)檢測(cè)，進(jìn) 行 LED 電流調(diào)節(jié)；③ VADJ 引腳可在 10mV~120mV 范圍內(nèi) 準(zhǔn)確設(shè)定 LED 電流的檢測(cè)門(mén)限；④具有 4 個(gè) 1.5A，36V 內(nèi)部 NPN 開(kāi)關(guān)的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器通道；⑤頻牢調(diào)節(jié)引腳范圍 為 200kHz~2MHz； ⑥ 轉(zhuǎn) 換 效 率 高 達(dá) 96 ％； ⑦ 具 有 開(kāi) 路 LED 保護(hù)；⑧純運(yùn)行模式下，低靜態(tài)電流為 22mA，在 停機(jī)模式下低靜態(tài)電流小于 10μA；⑨輸入電壓范圍寬，UIN=2.8V~16V； ⑩ 采 用 耐 熱 增 強(qiáng) 型 38 引 腳 5mm×7mm QFN 封裝。
3 引腳功能說(shuō)明
LT3476 采用 38 引線(xiàn)，5mm×7mm QFN 封裝。圖 1 給 出 其 引 腳 配 置 圖。 其 中，VC1，VC4，VC3，VC2（ 引
腳 1、12、13、38）為誤差放大器的補(bǔ)償端：LED1，LED2， LED3，LED4（引腳 2，5，8，11）為電流檢測(cè)誤差放大
器的同相輸入端 ；CAP1，CAP2，CAP3，CAP4（引腳 3， 4，9，10）為電流檢測(cè)誤差放大器的反相輸入端；RT（引 腳 6）為振蕩器的頻率設(shè)置端；REF（引腳 7）為基準(zhǔn)輸出 端；VADJ4，VADJ3，VADJ2，VADJ1（ 引 腳 14，15，36，37） 為 LED 的電流調(diào)節(jié)端；PWM4，PWM3，PWM2，PWM1（引 腳 16，17，34，35）為低電平信號(hào)端，用于關(guān)閉通道，停
用主開(kāi)關(guān)；SHDN（引腳 18）為停機(jī)端，當(dāng)該引腳上的電 壓高于 1.5V 時(shí)，該器件接通；NC（引腳 19，20，21，30， 31，32）未使用端，為更好地散熱，需與接地引腳 39 連 接 ；SW4，SW3，SW2，SWl（引腳 22，23，24，25，26， 27，28，29）為開(kāi)關(guān)引腳端；VIN（引腳 33）為輸入電源引
腳端；GND（引腳 39）為電源及信號(hào)地端。
4 功能描述
圖 2 示出 LT3476 的結(jié)構(gòu)框圖。LT3476 是一款具有內(nèi) 部電源開(kāi)關(guān)的恒頻率電流模式穩(wěn)壓器。在每個(gè)振蕩周期的
起點(diǎn)，設(shè)定 SR 鎖存器，接通主電源開(kāi)關(guān) VQ1，其電壓則隨 VQ1 的電流成比例增減，并施加至一穩(wěn)定的斜坡信號(hào)上， 其最終值反饋給 PWM 比較器 A2 的極端。當(dāng)該電壓高于 A2 負(fù)極上的輸入電壓時(shí)，SR 鎖存器復(fù)位，關(guān)斷電源開(kāi)關(guān)。 A2 負(fù)極上的輸入電壓由誤差放大器 A1 提供，其大小取決 于內(nèi)部電阻 RSET 兩端電壓與外部電流檢測(cè)電阻 RSNS 兩端電 壓之差。以此方式使 A1 設(shè)置正確的峰值開(kāi)關(guān)電流，用以
調(diào)節(jié)流過(guò) RSNS 的電流。VQ1 上的輸出電流則隨 A1 輸出的 增加而增加，隨 A1 輸出的減少而減少。
通過(guò) VADJ 輸入引腳改變 RSET 兩端電壓，可以調(diào)整 RSNS 上的電流大小。通過(guò)放大器 A4 可調(diào)整 VQ3 的輸出電流， 使 RSET 兩端生成一個(gè)與 VADJ 相等的電壓，并使 CAP 引腳
上的輸入電壓為 VADJ輸入的 l/10。當(dāng) A4 的輸入電壓為 1.25V 時(shí)，RSET 上 的 電 壓 典 型 極 限 值 為 125mV。 采 用 PWM 引 腳來(lái)調(diào)整 RSNS 上的平均電流，以便對(duì) LED 照明調(diào)光。當(dāng) PWM 引腳為低電平時(shí)，禁止 VQ1 操作，關(guān)斷 A1，所以它 不會(huì)驅(qū)動(dòng) VC 引腳。此時(shí)，所有 VC 引腳上的內(nèi)部載荷均 停用，這樣外部補(bǔ)償電容器上將保存 VC 引腳的充電狀態(tài)。
當(dāng) PWM 引腳上的電平由低變高時(shí)，開(kāi)關(guān)所需電流將恢復(fù) 至 PWM 上一次變換至低電平之前的數(shù)據(jù)，該功能可減少
瞬變恢復(fù)時(shí)間。
5 典型應(yīng)用
圖 3 給出用于驅(qū)動(dòng)四路 1A×8LED 時(shí) LT3476 的典型
應(yīng)用。
5.1 開(kāi)關(guān)頻率設(shè)置
LT3476 的開(kāi)關(guān)頻率取決于一個(gè)連接在 RT 引腳與 GND 之間的外部電阻器。RT 引腳不能開(kāi)路，也不能連接電容 器，必須始終連接一只電阻。開(kāi)關(guān)頻率與 fc 與 RT 的阻值 大小有關(guān)。當(dāng) fc=200kHz 時(shí)，RT=140kΩ；當(dāng) fc=400kHz 時(shí)， RT=61.9kΩ；當(dāng) fc=1MHz 時(shí)，RT=21kΩ；當(dāng)。fc=12MHz 時(shí)， RT=16.2kΩ；當(dāng) fc=2MHz 時(shí)，RT=8.25kΩ。
一般來(lái)說(shuō)，在需要很高或很低開(kāi)關(guān)占空比操作時(shí)，或 者希望獲得較高效率時(shí)，應(yīng)采用較低的開(kāi)關(guān)頻率。若選擇 較高的開(kāi)關(guān)頻率，應(yīng)使用數(shù)值較小的外部元件，以實(shí)現(xiàn)較
小的外形尺寸。然而對(duì)高頻下的 PWM 調(diào)光，因?yàn)檩^高的 開(kāi)關(guān)頻率（較短的開(kāi)關(guān)周期）只需在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期起點(diǎn)處 一個(gè)很窄的時(shí)隙中對(duì) PWM 引腳的狀態(tài)進(jìn)行采樣，所以能 實(shí)現(xiàn)更好的調(diào)光控制。
5.2 電感選擇
用于 LT3476 的電感，其額定飽和電流應(yīng)為 2.5A 或更大。為了獲得最佳閉環(huán)穩(wěn)定性效果，選定的電感值應(yīng)能提 供一個(gè) 350mA 或更大的紋波電流。對(duì)于降壓或升壓型配
置而言，在 RT 引腳使用一個(gè) 21kΩ 電阻的情況下（TSW ≈ 1μs），大多數(shù)應(yīng)用表明，電感的推薦值在 4.7μH~10μH之間。在降壓模式中，電感值 的估算公式為 [1]： (1) 式中：DBUCK=VLED/VCAP；VLED 為 LED 串兩端的電壓；VCAP 為 電壓轉(zhuǎn)換器的輸入電壓；TSW 為 LED 驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)引腳的開(kāi)關(guān)周
期，單位為μs。
在升壓模式中，電感值的 估算公式為： (2) 式 中： ； VIN 為 輸 入 電 壓；VCAP 為 LED 串兩端的電壓。
5.3 輸入輸出電容器的選擇
為 了 運(yùn) 行 可 靠， 應(yīng) 在 LT3476 的 VIN 引腳附近設(shè)置一 個(gè)與地連接的 1μF 或更大的旁 路電容器（最好選擇陶瓷電容 器）。對(duì)于降壓型配置來(lái)說(shuō)，當(dāng) 開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，因肖特基二極管 返回的電流會(huì)在功率轉(zhuǎn)換器的
輸入電容器上產(chǎn)生較大的脈沖 電流，所以應(yīng)選擇較低等效串 聯(lián)電阻值（ESR）和等效串聯(lián) 電感值（ESL）的電容器，并 使其滿(mǎn)足紋波電流的要求。通 常可在靠近肖特基二極管與接 地平面處設(shè)置一個(gè) 2.2μF 的陶 瓷電容器。輸出濾波電容器的 選擇取決于負(fù)載的大小以及配 置升壓型轉(zhuǎn)換器還是降壓型轉(zhuǎn)
換器。對(duì) LED 的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，發(fā) 光二極管的等效電阻比較低， 因此選擇輸出濾波電容器時(shí)， 應(yīng)盡量將電感產(chǎn)生的紋波電流
衰減至 35mA 以下。所需電容值的估算公式為： CFILT=2（TSW/RLED） (3) 式中：TSW 為 LED 驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)引腳的開(kāi)關(guān)周期；RLED 為 LED 串的等效電阻值，當(dāng) RLED=5Ω，TSW=1μs 時(shí)，濾波電容的典型值為 0.47μF。
為實(shí)現(xiàn)環(huán)路的穩(wěn)定性，假設(shè)輸出極點(diǎn)位于閉環(huán)增益為 1 的頻率上，這樣用于環(huán)路補(bǔ)償?shù)闹鳂O點(diǎn)將取決于 VC 輸 入端的電容器。
對(duì)于 LED 的升壓應(yīng)用，由于源電流的脈動(dòng)特性，所
需的濾波電容器數(shù)值約為上述計(jì)算值的 5 倍。因此對(duì)于每 個(gè)通道來(lái)說(shuō)，往往在靠近肖特基二極管與 IC 接地平面處 設(shè)置一個(gè) 2.2μF 陶瓷型電容器就足夠了。
5.4 LED 電流調(diào)節(jié)
可通過(guò)一個(gè)與負(fù)載串聯(lián)的外部檢測(cè)電阻來(lái)調(diào)節(jié) LED 的電流。該方法純驅(qū)動(dòng)負(fù)載的過(guò)程中能檢測(cè)多個(gè)并聯(lián) LED 串中的一個(gè)，并能保持較好的準(zhǔn)確度。VADJ 輸入引腳負(fù)責(zé) 把外部檢測(cè)電阻器兩端的電壓門(mén)限值設(shè)定在 10mV~120mV 之間。REF 引腳提供一個(gè) 1.05V 的基準(zhǔn)輸出電壓，并通 過(guò)電阻分壓器或直接連接用于驅(qū)動(dòng) VADJ 引腳，以提供 105mV 的全標(biāo)度電流，也可采用一個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換器來(lái)驅(qū)動(dòng) VADJ 引腳。VADJ 引腳不能置于開(kāi)路狀態(tài)。如果 VADJ 的輸入 與一個(gè)高于 l.25V 的電壓相連，則 CAP 與 LED 兩端的缺
省調(diào)節(jié)門(mén)限為 125mV。VADJ 引腳也可外接一 PTC 熱敏電阻， 以對(duì) LED 負(fù)載進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。圖 4 示出過(guò)熱保護(hù)電路。
5.5 調(diào)光控制
采用 LT3476 控制調(diào)光電流源的方法有兩種。一是 LED 的常用方法。它采用 PWM 引腳把電流源調(diào)整在零電 流與滿(mǎn)電流之間，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)精準(zhǔn)編程的平均電流。為了
使這種電流控制方法更加準(zhǔn)確，在靜態(tài)期間，把需要的 開(kāi)關(guān)電流存儲(chǔ)于 VC 節(jié)點(diǎn)上。當(dāng) PWM 信號(hào)變至高電平時(shí)， 該功能將最大限度地縮減恢復(fù)時(shí)間。最小的 PWM 接通或
關(guān)斷時(shí)間取決于通過(guò) RT 引腳所選擇的工作頻率。為了獲得最佳的電流準(zhǔn)確度，最小的 PWM 低電平或高電平時(shí)間 至少為 10 個(gè)開(kāi)關(guān)周期。遵循該準(zhǔn)則有兩個(gè)原因：其一是
為了在關(guān)斷前使輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)，其二是振蕩器未被同步 至 PWM 信號(hào)，而且從 PWM 走高到開(kāi)關(guān)操作開(kāi)始之間可 能存在長(zhǎng)達(dá) 1 個(gè)開(kāi)關(guān)周期的延遲，不過(guò)該延遲并非使用于 PWM 信號(hào)的負(fù)變換。如果在 LED 電流通路中使用一個(gè)斷 接開(kāi)關(guān)，則最小的 PWM 低電平 / 高電平時(shí)間可被縮短至 5 個(gè)開(kāi)關(guān)周期。第二種方法是采用 VADJ 引腳在 PWM 高態(tài)期 間對(duì)電流檢測(cè)門(mén)限進(jìn)行線(xiàn)性調(diào)節(jié)。LED 電流的編程功能增 強(qiáng)了 PWM 調(diào)光控制能力，有可能使總調(diào)光范圍擴(kuò)大 10 倍。
6 結(jié)語(yǔ)
半導(dǎo)體照明正在引發(fā)世界范圍內(nèi)照明光源的一場(chǎng)革 命。作為新型高效固體光源，半導(dǎo)體照明具有長(zhǎng)壽命、節(jié)
能環(huán)保、色彩豐富、微型化等優(yōu)點(diǎn)，將成為人類(lèi)照明史 上的又一次飛躍 [2]。LED 驅(qū)動(dòng)器是半導(dǎo)體照明能否持續(xù) 發(fā)展的關(guān)鍵之一。由于 LT3476 可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多達(dá) 32 個(gè) 1A LED[3]，并能使用 PWM 信號(hào)方便地以高達(dá) 1000∶1 的調(diào)光 比進(jìn)行調(diào)光，因此它的出現(xiàn)必將加速大功率白光 LED 在 照明領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程 [4]。