採用2 MHz單晶片降壓-升壓DC-DC轉換器和LED驅動器消除PCB空間受限...

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202011/420381.htm

簡介

隨著電子設備尺寸不斷縮小，它們的內部電路必須同步縮小。產品小型化成為各行各業的顯著發展趨勢，這為工程師在空間受限的設計中完成合適的解決方案帶來了新的設計難題。

為了滿足緊湊型電子設備日益嚴格的尺寸要求，集成電路(IC)設計人員將外部元件集成到器件內部，以最大程度地減少外部元件數量。在構建所有電子設備所需的各種電路中，縮小DC-DC轉換器的尺寸同樣極具挑戰性，因為它們無處不在（所有設備都需要電源），電源設計人員通常會面臨這樣一個現實，即縮小解決方案尺寸往往會對性能產生負面影響。

例如，能顯著節省PCB面積的一種方法是採用單晶片DC-DC轉換器，該轉換器將經過精心選擇的電源開關器件集成到IC封裝之中，從而使所需外部元件減少為少量的無源器件。在許多情況下，與外部電源開關控制器設計相比，緊湊型設計最終會帶來不需要的結果，即在更小的空間中增加了功率損耗，從而產生更高的溫升。為了避免產生的熱量水平造成困擾，選擇合適的單片式DC-DC轉換器對於設計緊湊高效的電源系統至關重要。

圖1 這款基於LT3942的演示電路(DC2404A)展示了一種高性能、緊湊型DC-DC穩壓器解決方案，專門用來在這種情況下驅動LED。

2 MHz單晶片4開關降壓-升壓DC-DC轉換器和LED驅動器

LT3942 是ADI公司非常通用的單晶片降壓-升壓穩壓器IC之一。該升壓-降壓轉換器能夠應對在創建靈活緊湊的DC-DC轉換器解決方案的同時不會犧牲性能的挑戰。LT3942將四個40 V/2 A電源開關、兩個柵極驅動器自舉二極體及其所有的控制和驅動器電路集成到一個4 mm × 5 mm小型QFN封裝中。由於具有高達2 MHz工作開關頻率能力，因此可以最大程度地減小外部元件的尺寸，節省PCB空間，同時為各種DC-DC轉換器提供了高帶寬工作性能。

LT3942具有與 LT8390A / LT8391A 系列降壓-升壓控制器IC相同的峰值電流模式控制方案，並且能夠在2開關升壓、4開關降壓-升壓（升壓-降壓）和2開關降壓工作模式之間無縫轉換。轉換器監測並比較其輸入和輸出電壓，以確定正確的工作模式。當PVIN:PVOUT的比率發生變化並迫使轉換器轉換模式時，LT3942保持穩壓作用，同時可以在開關對之間智能切換控制。

除了通過多種PVIN:PVOUT組合來調節輸出電壓之外，LT3942還可以配置為調節輸入或輸出電流，以用於恆定電流調節應用。來自ISMON引腳的電流監控反饋提供了一個與實測電流成比例的緩衝電壓輸出，從而允許連接的電路監控實測的電流水平。這種調節電流或電壓的能力使LT3942非常適合用作LED驅動器、緊湊型電池充電器、微型太陽能電池板供電的轉換器或通用穩壓器。

圖2 DC2404A利用LT3942創建了一個緊湊型14 W LED驅動器應用，可在寬輸入範圍提供穩定的輸出電流。

14 V、1 A LED驅動器

圖1顯示了基於LT3942的緊湊型LED驅動器的完整評估電路。該解決方案能夠為四個（最高14 V）串聯的一串白光LED提供1 A電流。最大功率輸出的輸入電壓範圍為7 V至36 V，低工作電流時可降至4 V，非常適合未穩壓的汽車輸入電源。該解決方案中的LT3942的工作開關頻率為2 MHz，因此可以使用相對較小的電感和電容。所以完整的LED驅動器解決方案適合15 mm × 15mm 的PCB尺寸，所有元件都位於電路板的同一面（包括IC）。

該解決方案還具有高帶寬工作性能，可以快速調節輸出電流。當在降壓模式下工作時，LT3942使用外部PWM源對LED進行100 Hz無閃爍調光，從而實現高達5000:1的調光比。 

如果沒有外部PWM源，也可以使用其內部PWM調光功能實現LT3942調光。內部調光提供高達128:1的調光功能，無需任何外部PWM信號源，僅需一個電阻即可設置調光頻率，以及一個直流電壓來控制輸出電流的佔空比。與大多數Power by Linear™的LED驅動器一樣，LT3942還具有模擬調光功能，通過在CTRL引腳上施加直流電壓可提供高達20:1的模擬調光。可以將模擬和PWM調光組合使用，以實現比單獨使用任何一種方法更高的有效調光比。

圖3 LT3942的高帶寬工作性能有助於LED照明應用在寬動態亮度範圍內實現高比率PWM調光。無需EMI濾波器，DC2404A在120 Hz時可實現高達4000:1的調光，而在100 Hz時則可實現高達5000:1的調光。

展頻用於降低EMI峰值

為了幫助創建一個低噪聲DC-DC轉換器系統，LT3942內置一個可選展頻(SSFM)功能。SSFM一旦啟用，會在由RT電阻設置的值至高達25%的額外開關頻率之間掃描開關頻率。該掃描動作可以在寬頻譜範圍內分散由開關引起的輻射，而不是將這些輻射集中在窄帶中，從而降低整體的EMI峰值。SSFM與輸入和輸出EMI濾波器結合使用時，有助於降低寬頻率範圍內的EMI，從而更易於設計符合輻射標準的系統。

12 V、1 A穩壓器

LT3942不只限於驅動LED。它是一款功能強大的緊湊型穩壓器，非常適合解決從寬範圍未穩壓電源產生穩定輸出的問題。圖4中所示的12 V、1 A穩壓器設計與圖2中的14 W LED驅動器解決方案相似，但做了一些小改動。與LED驅動器應用一樣，穩壓器可以在很寬的輸入電壓範圍內維持輸出調節，可在電壓低至7 V的條件下提供全輸出功率，並在電壓低至4 V的條件下維持低輸出功率工作。

圖4中的效率曲線表明，即使工作開關頻率為2 MHz時，LT3942 12 V穩壓器也具有接近95%的出色峰值效率，而在其大多數輸入電壓範圍內的效率為85%或更高。即使以其總輸出功率的十分之一為其輸出供電，也可保持80%以上的效率，這表明該器件在輕負載條件下仍可高效運行。

LT3942的電流檢測和控制特性使其不僅適合於LED調光控制，而且也能在需要電壓調節和電流控制的其他情況下出色地工作。將檢測電阻配置在輸出端時，可以很輕鬆地將LT3942配置用作緊湊型恆流、恆壓電池充電器。對於具有嚴格輸入電流限制的應用，例如由小型電池、電容組或光伏電池供電的電路，可以將監測電阻移至穩壓器的輸入側，從而為系統提供輸入電流限制和監控。LT3942可從CC模式無縫轉換為CV模式（反之亦然），確保輸入和/或輸出始終穩定。