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LT8391具有内部PWM调光和无闪烁扩频功能

星星科技指导员 来源:ADI 作者:Keith Szolusha 2023-01-06 15:44 次阅读

四开关转换器将两个转换器(降压转换器和升压转换器)组合成单个转换器,具有减小解决方案尺寸和成本的明显优势,以及相对较高的转换效率。高性能 4 开关转换器具有精心设计的控制方案。例如,为了获得最高效率,当只需要升压或降压转换时,4开关转换器应仅使用两个开关工作,但将所有四个开关作为V在方法五外.设计良好的降压-升压转换器考虑到组合三个控制环路(2 开关升压、2 开关降压和 4 开关操作)的挑战,可在三个工作区域(升压、降压和降压-升压)之间平稳转换。

LT8391 60V 4 开关降压-升压型 LED 驱动器专为驱动高功率 LED 而设计,并在 2 开关升压、4 开关降压-升压和 2 开关降压工作区域之间完美转换。

正在申请专利的4开关降压-升压电流检测电阻控制方案提供了一种简单而精湛的方法,使IC能够利用单个检测电阻在所有工作区域以峰值电流模式控制运行。它还允许IC在正常负载条件下以CCM工作模式运行,在轻负载条件下以DCM工作模式运行,同时保持逐周期峰值电感器电流控制并防止负电流。

这款新一代降压-升压 LED 驱动器具有扩频频率调制和内部生成的 PWM 调光功能。这两种特性协同工作 — LT8391 支持具有内部或外部 PWM 调光的无闪烁 PWM 调光,即使在扩频开启时也是如此 (威廉希尔官方网站 正在申请中)。

98% 效率、50W 同步降压-升压 LED 驱动器

图 1 中的 LT8391 高功率降压-升压型 LED 驱动器可在宽输入电压范围内驱动 25V 的 LED/2A。60V 降压-升压转换器可在低至 4V 输入电压下工作。当输入电压较低时,输入和峰值开关电流可能被推高。当 V在当下降到足以达到峰值电感电流限值时,IC可以保持稳定性并调节其峰值电流限值,尽管输出功率降低,如图2所示。从系统设计的角度来看,这是有利的:通过低V骑行在降低输出亮度的冷启动条件是提高电流限制以及调整电感、成本、电路板空间和输入电流的受欢迎的替代方案,只是为了在瞬态低V期间保持灯的全亮度在条件。

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图1.LT8391 4V–60V 4开关同步降压-升压型LED驱动器以高达98%的效率为一个25V、2A (50W)LED串供电

图 1 中 50W LED 驱动器的最高点效率高达 98%(图 2)。在 9V 至 16V 的典型汽车电池输入范围内,转换器的工作效率在 95% 至 97% 之间。

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图2.图 1 中 50W LED 驱动器的效率和 LED 电流与输入电压的关系。效率峰值为98%,在典型的9V–16V汽车输入范围内,与该峰值相差不远,范围为95%至97%。另显示,LT8391 峰值电感器电流限值可在低 V 电压下降低输出功率的情况下保持稳定的输出在.

采用高功率MOSFET和单个高功率电感器时,该转换器的温升很低,即使在50W时也是如此。在 12V 输入电压下,没有元件比室温升高超过 25ºC,如图 3 中的热扫描所示。在 6V 输入时,使用标准 4 层 PCB 且无散热器或气流时,最热组件的升温低于 50ºC。有增加功率输出的空间;使用单级转换器可以实现数百瓦的功率。

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图3.图1中降压-升压LED驱动器的热成像显示,在宽范围V下温升得到很好的控制在.

50W LED驱动器可在120Hz下实现1000:1 PWM调光,无闪烁。高端 PWM TG MOSFET 为输出端的接地 LED 串提供 PWM 调光。作为奖励,它在短路故障期间充当过流断开。PWM 输入引脚兼作用于外部 PWM 调光的标准逻辑电平 PWM 输入波形接收器,并兼作确定内部产生的 PWM 占空比的新型interwetten与威廉的赔率体系 输入。

内部生成的 PWM 调光

LT8391 具有两种形式的 PWM 调光:标准外部 PWM 调光和内部生成的 PWM 调光。LT8391 独特的内部 PWM 调光功能免除了增设外部组件(如时钟器件和微控制器)的需要,因此能够以高达 128:1 的比率产生高精度 PWM 调光亮度控制。

IC内部产生的PWM频率(如200Hz)由RP引脚上的电阻器设定。PWM 引脚上的电压设置在 1.0V 至 2.0V 之间,决定了内部发生器的 PWM 调光占空比,以实现精确的亮度控制。内部调光的占空比被选为128级之一,内部迟滞可防止占空比颤振。内部生成的PWM调光精度优于±1%,在升压、降压和降压-升压工作区域保持不变。

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图4.LED 电流对 CTRL 引脚驱动的 1A 至 2A 具有稳定的响应。

扩频降低 EMI

扩频频率调制可降低开关稳压器中的 EMI。虽然开关频率通常选择在AM频段(530kHz至1.8MHz)之外,但未增强的开关谐波仍可能违反AM频段内严格的汽车峰值和平均EMI要求。在 400kHz 开关模式电源中添加扩频可以显著降低 AM 频段和其他区域(如中波和短波无线电频段)内大功率前照灯驱动器的 EMI。

激活后,SSFM 将 LT8391 的 50W LED 驱动器 EMI 降至 AM 频段 CISPR25 的峰值和平均 EMI 要求以下(参见图 5)。平均EMI的要求更为困难,比峰值限值低20dBμV。因此,LT8391的新型SSFM比峰值EMI更能降低平均EMI。您可以看到,平均EMI降低了18dBμV或更多,而峰值EMI仍降低了约5dBμV。扩频在限制转换器对其他EMI敏感型汽车电子设备(如无线电和通信)的影响方面非常有用。

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图5.扩频频率调制 (SSFM) 将 LT8391 峰值和平均 EMI 降低到 CISPR25 限值以下。平均 EMI 比采用 LT8391 SSFM 的峰值 EMI 降低得更大。

在某些转换器中,扩频和无闪烁的LED PWM调光不能很好地协同工作。SSFM是开关频率变化的来源,在外界看来可能像噪声一样,以分散EMI能量,涂抹非扩散峰值,但它可以与PWM调光配合使用,实现无闪烁操作。凌力尔特正在申请专利的 PWM 调光和扩频操作旨在同时运行这两种功能,即使在高调光比下也能实现无闪烁操作。在采用外部PWM进行1000:1 PWM调光和128:1内部生成PWM时,扩频继续以无闪烁LED电流工作,如图6的无限持续示波器照片所示。

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图6.无限持久示波器迹线显示 PWM 调光和 SSFM 协同工作,通过外部和内部生成的 PWM 调光实现无闪烁亮度控制。

QFN 封装和双封装 MOSFET,适用于紧凑型降压-升压解决方案

LT8391 提供两种封装类型:一种 28 引脚引线 FE 封装,以及一种较小的 4mm × 5mm QFN。需要获得用于板载测试和制造协议的引脚的设计人员可能更喜欢 28 引脚 FE 封装,但其他人会对 QFN 的小尺寸感到满意。那些空间受限的器件可以将 QFN 与一组 3mm × 3mm 或 5mm × 5mm 双封装 MOSFET 配对。同步降压-升压控制器不需要大量的电路板空间——当选择双封装MOSFET来实现非常小的PCB占板面积时,可以在整个主要汽车范围内实现非常高的效率。

图 7 所示的 4V 至 60V 输入和 16V、1A 降压-升压 LED 驱动器使用两个这样的双封装 MOSFET 和 QFN LT8391,实现了超过 95% 的峰值效率。节省的空间如图 8 所示。

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图7.紧凑型解决方案,采用 QFN 封装 LT8391 和双封装 MOSFET。这款 4V–60V 输入、4 开关降压-升压转换器以最小的电路板空间和高效率为 12V–16V/16W LED 供电。

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图8.图6所示的紧凑型解决方案与图1所示解决方案的比较。紧凑的解决方案具有 5mm × 5mm 和 3mm × 3mm 双封装 MOSFET,可减小这款 4 开关同步降压-升压转换器的电路板空间。

双封装MOSFET在高和低输入电压工作条件下仅承受15°C的温升,如图9所示。双封装 MOSFET 可处理 12V、2A+ (25W) 负载,同时保持高效率。为了进一步减小解决方案尺寸,可在两个位置使用更小的 3mm × 3mm 双 MOSFET 封装。对于稍高的额定功率或适应更高的电压,较大的 5mm × 5mm 封装可用于双通道 MOSFET。

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图9.图6中的紧凑型系统在低电压和高电压下双通道MOSFET的温升仅为15°在.

用于 SLA 电池充电器的恒流、恒压和 C/10 标志

LED驱动器的恒流和恒压能力使其适合用作电池充电器,特别是当驱动器还具有C/10检测和报告功能时。LT8391 中的 C/10 检测可切换 FAULT 引脚的状态,并可用于在充电电流下降时将 SLA 电池的稳压充电电压更改为不同的稳压浮动电压。

图 10 所示基于 LT8391 的 7.8A SLA 电池充电器具有 97% 的峰值效率(图 11),并支持所有三个工作区域(升压、降压和降压-升压)的恒流充电、恒压充电和浮动电压维持。

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图 10.7.8A 密封铅酸 (SLA) 降压-升压电池充电器,具有高效率、四个小型 3mm x 3mm MOSFET 以及充电和浮动电压调节功能。

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图 11.SLA 电池充电器的效率。

该充电器可处理短路、电池断开并防止电池电流反转。DCM 操作和新颖的峰值电感器检测电阻设计可始终检测峰值电流,并防止电流反向流过电感器和开关——这是一些使用强制连续操作的 4 开关降压-升压电池充电器的潜在缺陷。

图12所示的充电曲线显示了该降压-升压SLA电池充电器的7.8A恒流充电状态、恒压充电状态和低电流浮充状态。图 13 显示了以各种 V 运行的充电器的热扫描在.

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图 12.LT8391 SLA 电池充电器的三种充电状态包括恒流充电、恒压充电和浮动电压调节。

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图 13.SLA 电池充电器的热性能。

采用大功率交流 LED 建筑照明实现绿色环保

用于新建筑物和结构的大功率LED照明设计既环保又坚固。凭借极低的故障率和更换率,LED 可提供出色的颜色和亮度控制,同时减少危险废物并提高能源效率。通常配备 24VAC 变压器的卤素灯可以使用 LT8391 被更高效的交流 LED 照明所取代。

图 14 中的 84W AC LED 照明转换器在 120Hz 交流电流峰值高达 6A 时为 15V–25V LED 供电。一个全波整流器在 LT8391 的输入端将 60Hz 时的 24VAC 转换为 120Hz 半波。四开关转换允许 LT8391 在升压、降压-升压和降压工作区域之间移动,并在输入端调节一个具有高功率因数的 AC LED 输出。图15中的波形显示了98%的功率因数,同时在非常高的功率下保持了93%的效率。图16中的热扫描显示了全波整流器。

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图 14.84W,120Hz交流LED照明来自24VAC,60Hz输入,具有93%的效率和98%的功率因数,以满足新建筑照明的绿色标准。

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图 15.84W、120Hz AC LED 驱动器的输入电流和电压波形显示 98% 的功率因数。

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图 16.用于 24VAC LED 照明解决方案的 LT4320 理想二极管保持冷却并保持高效率;分立元件保持在55°C以下。

结论

LT8391 60V 4 开关同步降压-升压型 LED 驱动器可为大型、高功率 LED 灯串供电,并可用于紧凑、高效的设计。它具有扩频频率调制功能,可实现低 EMI 和无闪烁的外部和内部 PWM 调光。同步开关通过其宽输入电压范围提供高效率,但它在轻负载下也具有 DCM 操作功能,以防止反向电流并保持高效率。恒定电流和恒定电压操作与其 C/10 检测相结合,使 LT8391 适合于具有充电和浮动电压端接的高功率 SLA 电池充电器应用。

审核编辑:郭婷

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