通過把同步降壓型 LED 驅動器用作升壓模式轉換器來限制功率損耗

當高功率 LED (例如：10A 至 40A 投影機 LED) 所需的電流使異步轉換器中的組件承受過應力時，通常採用同步降壓型轉換器驅動器。同步整流可限制由於轉換器開關中的高電流所引起的功率損耗和溫升。同步整流在高功率升壓型 LED 驅動器中能夠提供相同的好處，即使對於 1A 至 3A LED 也不例外。與降壓型轉換器不同的是，升壓型轉換器的峰值開關電流可能會遠遠高於 LED 電流，特別是在輸出功率很高和輸入電壓很低的時候。

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在很多場合中，同步升壓型 LED 驅動器不可用於某種特定的應用。對於部分此類情形而言，可以採用一個同步降壓型 LED 驅動器 IC，但其將不充當一個降壓型轉換器，而是起一個升壓模式 (boost mode*) LED 驅動器的作用。

以 LT3744 40V 同步降壓型 LED 驅動器為例，其專為驅動用於投影機的高電流 LED 而設計。該器件具有一個多用途的浮動 VEE 輸出，因而允許其在高電流降壓應用以及把高電流 LED 的正極連接至地以滿足散熱要求的正至負 (降壓-升壓型) 拓撲中使用。正是這種浮動 VEE 特性使得我們能夠將這款原本是為降壓應用而設計的器件實際上用作一個同步升壓模式 LED 驅動器。

LT3744 升壓模式 LED 驅動器

圖 1 所示的 LT3744 同步升壓模式 LED 驅動器可採用一個汽車輸入 (9V ~ 16V) 來調節一個 3A、25V (75W) LED 燈串，並提供了 98% 的效率。即使在這一功率級別下，採用 12V 輸入時的最大組件溫升僅為 45°C，如圖 2 所示。該 IC 可實現簡易的 10:1 模擬調光和 100:1 PWM 調光實施方案 (在 120Hz 和採用接地參考輸入信號時)，即使 LED 燈串和 PWM 調光 MOSFET 均未連接至 GND 也不例外。

圖 1：升壓模式 9V~16V 輸入至 25V、3A LED 驅動器 (效率達 98%)

圖 2：升壓模式 LED 熱掃描顯示了低溫升操作

雖然 5mΩ 檢測電阻器在該應用中設定了一個 10A 的峰值開關電流，但該解決方案也可更改為採用一個 6V 輸入和一個 15A 峰值開關電流來運作;使用了一個數值合適的電感器和一個降低的欠壓閉鎖。

LT3744 上的負 VEE 電源軌能夠達到 −21V。LT3744 通過處理接地參考輸入控制信號的電平移位簡化了設計。一個簡單的接地參考 PWM 輸入信號被電平移位至 PWMOUT，因此不需要採用額外的電平移位電路來控制 PWM MOSFET。同樣，LED 電流設定檢測電阻器可直接連接至負 VEE 電源軌，一直到低至 −21V。

經過電平移位的 GND 和 VEE

LT3744 LED 驅動器的電平移位、正至負轉換特性是專為支持高電流接地正極 LED 驅動器而設計的。儘管如此，相同的特性亦可用於將 LED 燈串連接在 VIN 和一個負 VEE 電位之間的升壓模式應用。由於 LED 檢測電阻器和 PWM 調光 MOSFET 均安放於 LED 燈串的底部，因此來自接地參考 PWM 輸入的電平移位 PWMOUT 信號產生了一種看起來並不比傳統升壓 PWM 調光設置複雜的拓撲。輸入側看似一個簡單的 LED 驅動器，而且不管負 VEE 處在什麼位置，CTRL 模擬調光、SYNC 輸入和使能輸入均參考於信號 GND。

LT3744 的 VEE 可一直降到低至 −21V。對於 25V VLED 應用，開路 LED 過壓保護設定在約 26.5V。對於 25V VLED 升壓模式應用而言，在考慮到一定的開路 LED 過衝的情況下，這將在負 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 的輸入條件下運作，圖 1 中的解決方案需要一個較低的欠壓閉鎖和一個能夠容納 15A 峰值開關電流限值的檢測電阻器和電感器。對於較低 VLED 燈串 (在任何電流水平)，只需進行一些簡單的調整即可把最小輸入電壓降至 4V VIN。

關於升壓模式的更多信息

升壓模式轉換器擁有許多與傳統升壓型穩壓器相同的特性。如圖 3 所示，除了與眾不同的拓撲連接和高端開關 S1 (而不是低端開關) 的主控制之外，這款升壓模式轉換器具有與傳統升壓型轉換器相同的佔空比、紋波電流和電壓應力。如果不需要同步整流，則可把一個異步降壓型穩壓器用作升壓模式驅動器，並像在傳統升壓型穩壓器中那樣用一個典型的箝位二極體 D1 來替代 S2。

圖 3：升壓模式電流紋波、佔空比和電壓應力與傳統升壓型穩壓器相同

圖 4 中的增益–相位博德圖表示：甚至連升壓模式轉換器的控制環路的作用都類似於一個傳統的升壓型穩壓器。當交叉頻率為 10kHz、相位餘量為 60° 和增益裕度為 −15dB 時，圖 1 所示的 LED 驅動器能夠保持穩定和可靠。

圖 4：升壓模式控制環路增益和相位顯示了典型帶寬。

結論

同步整流是一種通常被要求用來限制高功率 LED 驅動器中的功率損耗之特性。如本文所述，可把一個同步降壓型 LED 驅動器用作升壓模式轉換器，從而利用該特性在高性能降壓型穩壓器 IC 中的廣泛可用性。特別地，LT3744 同步降壓型 LED 驅動器可被用作一個高效率 9V ~ 16V 輸入、25V LED 3A 升壓模式 LED 驅動器，對於 75W 轉換器可實現 98% 的效率。該器件擁有根據需要來對控制信號進行電平移位 (從 SGND 至 –VEE) 的獨特能力，因而使得能夠造就一種所需組件並不比傳統升壓轉換器多的浮動升壓模式拓撲。

註：

該 Boost mode 是一項正待專利審議的技術。