降壓-升壓LED驅動器具有內部PWM調光和無閃爍擴頻功能

四開關轉換器將兩個轉換器（降壓轉換器和升壓轉換器）組合成單個轉換器，具有減小解決方案尺寸和成本的明顯優勢，以及相對較高的轉換效率。高性能 4 開關轉換器具有精心設計的控制方案。例如，為了獲得最高效率，當只需要升壓或降壓轉換時，4開關轉換器應僅使用兩個開關工作，但將所有四個開關作為V在方法五外.設計良好的降壓-升壓轉換器考慮到組合三個控制環路（2 開關升壓、2 開關降壓和 4 開關操作）的挑戰，可在三個工作區域（升壓、降壓和降壓-升壓）之間平穩轉換。

LT8391 60V 4 開關降壓-升壓型 LED 驅動器專為驅動高功率 LED 而設計，并在 2 開關升壓、4 開關降壓-升壓和 2 開關降壓工作區域之間完美轉換。

正在申請專利的4開關降壓-升壓電流檢測電阻控制方案提供了一種簡單而精湛的方法，使IC能夠利用單個檢測電阻在所有工作區域以峰值電流模式控制運行。它還允許IC在正常負載條件下以CCM工作模式運行，在輕負載條件下以DCM工作模式運行，同時保持逐周期峰值電感器電流控制并防止負電流。

這款新一代降壓-升壓 LED 驅動器具有擴頻頻率調制和內部生成的 PWM 調光功能。這兩種特性協同工作 — LT8391 支持具有內部或外部 PWM 調光的無閃爍 PWM 調光，即使在擴頻開啟時也是如此 （技術正在申請中）。

98% 效率、50W 同步降壓-升壓 LED 驅動器

圖 8391 中的 LT1 高功率降壓-升壓型 LED 驅動器可在寬輸入電壓范圍內驅動 25V 的 LED/2A。60V 降壓-升壓轉換器可在低至 4V 輸入電壓下工作。當輸入電壓較低時，輸入和峰值開關電流可能被推高。當 V在當下降到足以達到峰值電感電流限值時，IC可以保持穩定性并調節其峰值電流限值，盡管輸出功率降低，如圖2所示。從系統設計的角度來看，這是有利的：通過低V騎行在降低輸出亮度的冷啟動條件是提高電流限制以及調整電感、成本、電路板空間和輸入電流的受歡迎的替代方案，只是為了在瞬態低V期間保持燈的全亮度在條件。

圖1.LT8391 4V–60V 4開關同步降壓-升壓型LED驅動器以高達25%的效率為一個2V、50A （98W）LED串供電。

圖 50 中 1W LED 驅動器的最高點效率高達 98%（圖 2）。在 9V 至 16V 的典型汽車電池輸入范圍內，轉換器的工作效率在 95% 至 97% 之間。

圖2.圖 50 中 1W LED 驅動器的效率和 LED 電流與輸入電壓的關系。效率峰值為98%，在典型的95V–97V汽車輸入范圍內，與該峰值相差不遠，范圍為9%至16%。另顯示，LT8391 峰值電感器電流限值可在低 V 電壓下降低輸出功率的情況下保持穩定的輸出在.

采用高功率MOSFET和單個高功率電感器時，該轉換器的溫升很低，即使在50W時也是如此。在 12V 輸入電壓下，沒有元件比室溫升高超過 25oC，如圖 3 中的熱掃描所示。在 6V 輸入時，使用標準 50 層 PCB 且無散熱器或氣流時，最熱組件的升溫低于 4oC。有增加功率輸出的空間;使用單級轉換器可以實現數百瓦的功率。

圖3.圖1中降壓-升壓LED驅動器的熱成像顯示，在寬范圍V下溫升得到很好的控制在.

50W LED驅動器可在1000Hz下實現1：120 PWM調光，無閃爍。高端 PWM TG MOSFET 為輸出端的接地 LED 串提供 PWM 調光。作為獎勵，它在短路故障期間充當過流斷開。PWM 輸入引腳兼作用于外部 PWM 調光的標準邏輯電平 PWM 輸入波形接收器，并兼作確定內部產生的 PWM 占空比的新型模擬輸入。

內部生成的 PWM 調光

LT8391 具有兩種形式的 PWM 調光：標準外部 PWM 調光和內部生成的 PWM 調光。LT8391 獨特的內部 PWM 調光功能免除了增設外部組件（如時鐘器件和微控制器）的需要，因此能夠以高達 128：1 的比率產生高精度 PWM 調光亮度控制。

IC內部產生的PWM頻率（如200Hz）由RP引腳上的電阻器設定。PWM 引腳上的電壓設置在 1.0V 至 2.0V 之間，決定了內部發生器的 PWM 調光占空比，以實現精確的亮度控制。內部調光的占空比被選為128級之一，內部遲滯可防止占空比顫振。內部生成的PWM調光精度優于±1%，在升壓、降壓和降壓-升壓工作區域保持不變。

圖4.LED 電流對 CTRL 引腳驅動的 1A 至 2A 具有穩定的響應。

擴頻降低 EMI

擴頻頻率調制可降低開關穩壓器中的 EMI。雖然開關頻率通常選擇在AM頻段（530kHz至1.8MHz）之外，但未增強的開關諧波仍可能違反AM頻段內嚴格的汽車峰值和平均EMI要求。在 400kHz 開關模式電源中添加擴頻可以顯著降低 AM 頻段和其他區域（如中波和短波無線電頻段）內大功率前照燈驅動器的 EMI。

激活后，SSFM 將 LT8391 的 50W LED 驅動器 EMI 降至 AM 頻段 CISPR25 的峰值和平均 EMI 要求以下（參見圖 5）。平均EMI的要求更為困難，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仍降低了約5dBμV。擴頻在限制轉換器對其他EMI敏感型汽車電子設備（如無線電和通信）的影響方面非常有用。

圖5.擴頻頻率調制 （SSFM） 將 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。

在某些轉換器中，擴頻和無閃爍的LED PWM調光不能很好地協同工作。SSFM是開關頻率變化的來源，在外界看來可能像噪聲一樣，以分散EMI能量，涂抹非擴散峰值，但它可以與PWM調光配合使用，實現無閃爍操作。凌力爾特正在申請專利的 PWM 調光和擴頻操作旨在同時運行這兩種功能，即使在高調光比下也能實現無閃爍操作。在采用外部PWM進行1000：1 PWM調光和128：1內部生成PWM時，擴頻繼續以無閃爍LED電流工作，如圖6的無限持續示波器照片所示。

圖6.無限持久示波器跡線顯示 PWM 調光和 SSFM 協同工作，通過外部和內部生成的 PWM 調光實現無閃爍亮度控制。

QFN 封裝和雙封裝 MOSFET，適用于緊湊型降壓-升壓解決方案

LT8391 提供兩種封裝類型：一種 28 引腳引線 FE 封裝，以及一種較小的 4mm × 5mm QFN。需要獲得用于板載測試和制造協議的引腳的設計人員可能更喜歡 28 引腳 FE 封裝，但其他人會對 QFN 的小尺寸感到滿意。那些空間受限的器件可以將 QFN 與一組 3mm × 3mm 或 5mm × 5mm 雙封裝 MOSFET 配對。同步降壓-升壓控制器不需要大量的電路板空間——當選擇雙封裝MOSFET來實現非常小的PCB占板面積時，可以在整個主要汽車范圍內實現非常高的效率。

圖 4 所示的 60V 至 16V 輸入和 1V、7A 降壓-升壓 LED 驅動器使用兩個這樣的雙封裝 MOSFET 和 QFN LT8391，實現了超過 95% 的峰值效率。節省的空間如圖 8 所示。

圖7.緊湊型解決方案，采用 QFN 封裝 LT8391 和雙封裝 MOSFET。這款 4V–60V 輸入、4 開關降壓-升壓轉換器以最小的電路板空間和高效率為 12V–16V/1W LED 供電。

圖8.圖6所示的緊湊型解決方案與圖1所示解決方案的比較。緊湊的解決方案具有 5mm × 5mm 和 3mm × 3mm 雙封裝 MOSFET，可減小這款 4 開關同步降壓-升壓轉換器的電路板空間。

雙封裝MOSFET在高和低輸入電壓工作條件下僅承受15°C的溫升，如圖9所示。雙封裝 MOSFET 可處理 12V、2A+ （25W） 負載，同時保持高效率。為了進一步減小解決方案尺寸，可在兩個位置使用更小的 3mm × 3mm 雙 MOSFET 封裝。對于稍高的額定功率或適應更高的電壓，較大的 5mm × 5mm 封裝可用于雙通道 MOSFET。

圖9.圖6中的緊湊型系統在低電壓和高電壓下雙通道MOSFET的溫升僅為15°在.

用于 SLA 電池充電器的恒流、恒壓和 C/10 標志

LED驅動器的恒流和恒壓能力使其適合用作電池充電器，特別是當驅動器還具有C/10檢測和報告功能時。LT10 中的 C/8391 檢測可切換 FAULT 引腳的狀態，并可用于在充電電流下降時將 SLA 電池的穩壓充電電壓更改為不同的穩壓浮動電壓。

圖 8391 所示基于 LT7 的 8.10A SLA 電池充電器具有 97% 的峰值效率（圖 11），并支持所有三個工作區域（升壓、降壓和降壓-升壓）的恒流充電、恒壓充電和浮動電壓維持。

圖 10.7.8A 密封鉛酸 （SLA） 降壓-升壓電池充電器，具有高效率、四個小型 3mm x 3mm MOSFET 以及充電和浮動電壓調節功能。

圖 11.SLA 電池充電器的效率。

該充電器可處理短路、電池斷開并防止電池電流反轉。DCM 操作和新穎的峰值電感器檢測電阻設計可始終檢測峰值電流，并防止電流反向流過電感器和開關——這是一些使用強制連續操作的 4 開關降壓-升壓電池充電器的潛在缺陷。

圖12所示的充電曲線顯示了該降壓-升壓SLA電池充電器的7.8A恒流充電狀態、恒壓充電狀態和低電流浮充狀態。圖 13 顯示了以各種 V 運行的充電器的熱掃描在.

圖 12.LT8391 SLA 電池充電器的三種充電狀態包括恒流充電、恒壓充電和浮動電壓調節。

圖 13.SLA 電池充電器的熱性能。

采用大功率交流 LED 建筑照明實現綠色環保

用于新建筑物和結構的大功率LED照明設計既環保又堅固。憑借極低的故障率和更換率，LED 可提供出色的顏色和亮度控制，同時減少危險廢物并提高能源效率。通常配備 24VAC 變壓器的鹵素燈可以使用 LT8391 被更高效的交流 LED 照明所取代。

圖 84 中的 14W AC LED 照明轉換器在 15Hz 交流電流峰值高達 25A 時為 120V–6V LED 供電。一個全波整流器在 LT24 的輸入端將 60Hz 時的 120VAC 轉換為 8391Hz 半波。四開關轉換允許 LT8391 在升壓、降壓-升壓和降壓工作區域之間移動，并在輸入端調節一個具有高功率因數的 AC LED 輸出。圖15中的波形顯示了98%的功率因數，同時在非常高的功率下保持了93%的效率。圖16中的熱掃描顯示了全波整流器。

圖 14.84W，120Hz交流LED照明來自24VAC，60Hz輸入，具有93%的效率和98%的功率因數，以滿足新建筑照明的綠色標準。

圖 15.84W、120Hz AC LED 驅動器的輸入電流和電壓波形顯示 98% 的功率因數。

圖 16.用于 4320VAC LED 照明解決方案的 LT24 理想二極管保持冷卻并保持高效率;分立元件保持在55°C以下。

結論

LT8391 60V 4 開關同步降壓-升壓型 LED 驅動器可為大型、高功率 LED 燈串供電，并可用于緊湊、高效的設計。它具有擴頻頻率調制功能，可實現低 EMI 和無閃爍的外部和內部 PWM 調光。同步開關通過其寬輸入電壓范圍提供高效率，但它在輕負載下也具有 DCM 操作功能，以防止反向電流并保持高效率。恒定電流和恒定電壓操作與其 C/10 檢測相結合，使 LT8391 適合于具有充電和浮動電壓端接的高功率 SLA 電池充電器應用。

審核編輯：郭婷