大电流4通道LED驱动器LT3476及其应用

1 引言
    IX3476是凌力尔特公司最新推出的4通道DC-DC转换器。它的每个通道都能驱动多达8个串联的1 A发光二极管(LED)，因而能驱动多达32个l A LED，同时具有高达96％的效率。4个通道中的每一个都由独立的真正彩色PWM信号控制，从而对每个通道都能以高达l 000：l的调光比进行独立调光。采用固定频率和电流模式结构可确保它在宽电源电压和输出电压范围内稳定工作。频率调节引脚能使用户在200 kHz～2 MHz的范围内对频率进行编程，以优化效率，同时也可以最大限度地减小外部器件的尺寸。采用耐热增强型5 mmx7 mm QFN封装，有助于解决100 W LED应用中占板面积和高度的紧凑问题。
    LT3476是在LED的高压侧检测输出电流的，因此是一个灵活性最高的LED驱动方案，可提供降压、升压或降压／升压型配置。在105 mV的全标度值条件下，将每个电流监视器的门限准确度修正至2．5％以内，用户就能利用一个外部检测电阻器来设置每个通道的输出电流范围。4个稳压器均由对应信道的PWM信号来独立操作。该PWM可精准调节LED信号源的混色或调光比，其调光比可高达1 000：1。

2 性能特点
    LT3476的特点是：①采用True Color PWMTM调光，可提供高达l 000：1的调光比；②采用高压侧检测，进行LED电流调节；③VADJ引脚可在10~120 mV范围内准确设定LED电流的检测门限；④具有4个1．5 A，36 V内部NPN开关的独立驱动器通道；⑤频率调节引脚范嗣为200 kHz~2 MHz；⑥转换效率高达96％；⑦具有开路LED保护；⑧在运行模式下，低静态电流为22 mA，在停机模式下低静态电流小于10μA；⑨输入电压范围宽，UIN=2．8～16V；⑩采用耐热增强型38引脚5 mmx7 mm QFN封装。

3 引脚功能说明
    LT3476采用38引线，5 mmx7 mm QFN封装。图l给出其引脚配置图。其中，VCl，VC4，VC3，VC2(引脚1、12、13、38)为误差放大器的补偿端；LEDl，LED2，LED3，LED4(引脚2，5，8，11)为电流检测误差放大器的同相输入端；CAPl，CAP2，CAP3，CAP4(引脚3，4，9，10)为电流检测误差放大器的反相输入端；RT(引脚6)为振荡器的频率设置端；REF(引脚7)为基准输出端；VADJ4，VADJ3，VAD2，VADJ1(引脚14，15，36，37)为LED的电流调节端；PWM4，PWM3，PWM2，PWMl(引脚16，17，34，35)为低电平信号端，用于关闭通道，停用主开关：SHDN(引脚18)为停机端，当该引脚上的电压高于1．5 V时，该器件接通；NC(引脚19，20，21，30，31，32)未使用端，为更好地散热，需与接地引脚39连接；SW4，SW3，SW2，SWl(引脚22，23，24，25，26，27，28，29)为开关引脚端；VIN(引脚33)为输入电源引脚端；GND(引脚39)为电源及信号地端。

4 功能描述
    图2示出LT3476的结构框图。LT3476是一款具有内部电源开关的恒频率电流模式稳压器。在每个振荡周期的起点，设定SR锁存器，接通主电源开关VQ1，其电压则随VQ1的电流成比例增减，并施加至一稳定的斜坡信号上，其最终值反馈给PWM比较器A2的极端。当该电压高于A2负极上的输入电压时，SR锁存器复位，关断电源开关。A2负极上的输入电压是由误差放大器A1提供的，其大小取决于内部电阻RSET两端电压与外部电流检测电阻RSNS两端电压之差。以此方式使Al设置正确的峰值开关电流，用以调节流过RSNS上的电流。VQ1上的输出电流则随A1输出的增加而增加，随Al输出的减少而减少。

    通过VADJ输入引脚改变RSET两端电压，可以调整RSNS上的电流大小。通过放大器A4可调整VQ3的输出电流，使RSET两端生成一个与VADJ相等的电压，并使CAP引脚上的输入电压为VADJ输入的1／10。当A4的输入电压为1．25 V时，RSET上的电压典型极限值为125 mV。采用PWM引脚来调整RSNS上的平均电流，以便对LED照明调光。当PWM引脚为低电平时，禁止VQ1操作，关断A1，所以它不会驱动VC引脚。此时，所有VC引脚上的内部载荷均停用，这样外部补偿电容器上将保存VC引脚的充电状态。当PWM引脚上的电平由低变高时，开关所需电流将恢复至PWM上一次变换至低电平之前的数据，该功能可减少瞬变恢复时间。

5 典型应用
    图3给出用于驱动四路l Ax8 LED时LT3476的典型应用。
5．1 开关频率设置
    LT3476的开关频率取决于一个连接在RT引脚与GND之间的外部电阻器。RT引脚不能开路，也不能连接电容器，必须始终连接一只电阻。开关频率fc与RT的阻值大小有关。当fc=200 kHz时，RT=140 kΩ；当fc=400 kHz时，RT=61．9 kΩ；当fc=1 MHz时，RT=21 kΩ；当fc=12MHz时，RT=16．2kΩ；当fc=2MHz时，RT=8．25kΩ。
    一般来说，在需要很高或很低开关占空比操作时，或者希望获得较高效率时，应采用较低的开关频率。若选择较高的开关频率，应使用数值较小的外部元件，以实现较小的外形尺寸。然而对高频下的PWM调光，因为较高的开关频率(较短的开关周期)只需在每个开关周期起点处一个很窄的时隙中对PWM引脚的状态进行采样，所以能实现更好的调光控制。
5．2 电感选择
    用于LT3476的电感，其额定饱和电流应为2．5 A或更大。为了获得最佳闭环稳定性效果，选定的电感值应能提供一个350 mA或更大的纹波电流。对于降压或升压型配置而言，在RT引脚使用一个2lkΩ电阻的情况下(TSW≈1μs)，大多数应用表明。电感的推荐值在4．7~10μH之间。在降压模式中，电感值的估计算式为：

   
式中：DBUCK=VLED/VCAP；VLED为LED串两端的电压；VCAP为电压转换器的输入电压；TSW为LED驱动器开关引脚的开关周期，单位为μs。
    在升压模式中，电感值的估算公式为：

5．3 输入输出电容器的选择
    为了运行可靠，应在LT3476的VIN引脚附近设置一个与地连接的lμF或更大的旁路电容器(最好选择陶瓷电容器)。对于降压型配置来说，当开关关断时，因肖特基二极管返回的电流会在功率转换器的输入电容器上产生较大的脉冲电流，所以应选择较低等效串联电阻值(ESR)和等效串联电感值(ESL)的电容器，并使其满足纹波电流的要求。通常可在靠近肖特基二极管与接地平面处设置一个2．2μF的陶瓷电容器。输出滤波电容器的选择取决于负载的大小以及配置升压型转换器还是降压型转换器。对LED的应用来说，发光二极管的等效电阻比较低，因此选择输出滤波电容器时，应尽量将电感产生的纹波电流衰减至35 mA以下。所需电容值的估算公式为：

   
式中：TSW为LED驱动器开关引脚的开关周期；RLED为LED串的等效电阻值，当RLED=5Ω，TSW=lμs时，滤波电容的典型值为0．47μF。
    为实现环路的稳定性，假设输出极点位于闭环增益为1的频率上，这样用于环路补偿的主极点将取决于VC输入端的电容器。

    对于LED的升压应用，由于源电流的脉动特性，所需的滤波电容器数值约为上述计算值的5倍。因此对于每个通道来说，往往在靠近肖特基二极管与IC接地平面处设置一个2．2μF陶瓷型电容器就足够了。
5．4 LED电流调节
    可通过一个与负载串联的外部检测电阻来调节LED的电流。该方法在驱动负载的过程中能检测多个并联LED串中的一个，并能保持较好的准确度。VADJ输入引脚负责把外部检测电阻器两端的电压门限值设定在10~120 mV之间。REF引脚提供一个1．05 V的基准输出电压，并通过电阻分压器或直接连接用于驱动VADJ引脚，以提供105 mV的全标度电流，也可采用一个D／A转换器来驱动VADJ引脚。VADJ引脚不能置于开路状态。如果VADJ的输入与一个高于1．25 V的电压相连，则CAP与LED两端的缺省调节门限为125 mV。VADJ引脚也可外接一PTC热敏电阻，以对LED负载进行过热保护。图4示出过热保护电路。
5．5 调光控制
    采用LT3476控制调光电流源的方法有两种。一是LED的常用方法。它采用PWM引脚把电流源调整在零电流与满电流之间，以实现一个精准编程的平均电流。为了使这种电流控制方法更加准确，在静态期间，把需要的开关电流存储于VC节点上。当PWM信号变至高电平时，该功能将最大限度地缩减恢复时间。最小的PWM接通或关断时间取决于通过RT引脚所选择的工作频率。为了获得最佳的电流准确度，最小的PWM低电平或高电平时间至少为10个开关周期。遵循该准则有两个原因：其一是为了在关断前使输出达到稳态，其二是振荡器未被同步至PWM信号，而且在从PWM走高到开关操作开始之间可能存在长达1个开关周期的延迟，不过该延迟并非使用于PWM信号的负变换。如果在LED电流通路中使用一个断接开关，则最小的PWM低电平／高电平时间可被缩短至5个开关周期。第二种方法是采用VADJ引脚在PWM高态期间对电流检测门限进行线形调节。LED电流的编程功能增强了PWM调光控制能力，有可能使总调光范围扩大10倍。

6 结语
    半导体照明正在引发世界范围内照明光源的一场革命。作为新型高效固体光源，半导体照明具有长寿命、节能环保、色彩丰富、微型化等优点，将成为人类照明史上的又一次飞跃。LED驱动器是半导体照明能否持续发展的关键之一。由于LT3476可同时驱动多达32个1 A LED，并能使用PWM信号方便地以高达l 000：l的调光比进行调光，因此它的出现必将加速大功率白光LED在照明领域的实用化进程。