同步、低 EMI LED 驱动器具有集成开关和内部 PWM 调光功能IC

1、前言

LED 应用的广度已经发展到涵盖从通用照明到汽车、工业和测试设备、标志牌和安全设备的所有领域。因此，LED 驱动器的设计要求范围扩大了。最新的 LED 解决方案需要紧凑、高效、低噪声、高调光比和先进故障保护的驱动器。该 TL3922 轻松满足这些需求。

2.具有集成开关和内部 PWM 调光功能的 LT3922

具有集成 2A 开关的 LT3922 36V、同步 LED 驱动器可配置为升压、降压或升压-降压 LED 驱动器。其高效率同步和集成电源开关适用于微型 4mm × 5mm QFN 封装。该器件集成了凌力尔特最先进的开关技术，将高功率能力集中到狭小的空间中，同时控制边缘速率并减少不需要的场发射。集成同步开关采用不振铃的受控开关边沿运行 - 提供高效率和低噪声的恰到好处的平衡 - 并且可以以高达 2.5MHz 的频率运行，从而形成紧凑的解决方案。

3.拓扑选择：升压、降压模式、升压-降压

LED 灯串由无需直接返回地面的受控电流驱动。LED +和 LED - 或其中任何一个都可以连接到非接地电位。这为浮动输出 DC/DC LED 驱动器拓扑开辟了选择领域，包括降压模式（降压）和升压-降压（升压和降压）。LT3922 的高端 PWMTG 驱动器和同步开关可配置为升压、降压模式或升压-降压 LED 驱动器，同时保留所有 IC 功能的使用，即内部 PWM 调光、SSFM、低 EMI、ISMON 输出电流监视器和输出故障保护从标准升压拓扑延续到降压模式和升压-降压。

4.应用电路

当用作升压转换器时，LT3922 可为高达 34V 的 LED 供电，从而为低于 40V 的 LED 开路过冲留出一些裕量。图 1 所示的 2MHz、4V 至 28V 升压 LED 驱动器以高达 34V 的电压为 330mA 的 LED 串供电。它可以在 120Hz 的外部 PWM 调光至 2000:1 的比率，也可以通过 PWM 引脚上的模拟输入电压在内部将其调光至 128:1 的比率。

图 1. 2MHz 常规升压原理图，在 120Hz 时具有 2000:1 PWM 调光

它能够承受 LED 开路和 LED +对地短路，并通过置位其 FAULT 引脚来报告这些故障。即使在 PWM 调光期间，也可以通过 ISMON 引脚监控输出电流。在 2MHz 开关频率下，其基本 EMI 谐波位于 AM 频段以上，但其 EMI 仍然很低。可以添加扩频调频 (SSFM) 以在 2MHz 至 2.5MHz 之间扩展开关频率，并降低基波及其许多谐波处的 EMI。由于集成了同步开关，2MHz 升压转换器的效率在 12V IN 时仍高达 91% 。在较低的 V IN 下，当峰值电感电流达到其极限时，输出电流会在 LED 保持点亮的情况下优雅地降低而不会闪烁。

当 LT3922 用于降压模式拓扑时，输入电压可高达 36V，并且可以以高达 1.5A 的电流驱动一串 LED，如图 2 所示。 高端 ISP 和 ISN 电流检测输入和 PWMTG PMOS 驱动器可轻松移至 LED 的高端，该 LED 以降压模式连接到输入。LED− 直接连接到电感器而不是接地。当以 6.5V 驱动两个 1A LED 时，同步降压模式效率在 12V V IN 时高达 94%，在 36V V IN 时保持高达 89% 。降压模式转换器的高带宽使其能够在 100Hz 下以 1000:1 的 PWM 调光比工作。

图 2. 具有 1000:1 100Hz PWM 调光亮度控制的 400kHz 降压模式 LED 驱动器

升压降压电路

图 3 中的 LT3922 升压-降压拓扑支持一个高于和低于 LED 串电压的输入电压范围。LED 灯串电压和输入电压的总和必须保持在 35V 以下，以保持 ISP 和 ISN 电压低于 40V 的绝对最大值。

图 3. 具有低输入和输出纹波的 2MHz 升压-降压 LED 驱动器。该解决方案通过了 CISPR 25 Class 5。

这种获得专利的低 EMI 拓扑具有升压型低纹波输入电感器和降压模式型低纹波输出电感器。4V–18V 汽车输入或多电池化学输入（5V、12V 和 19V）升压-降压转换器可以驱动 3V 到 16V 之间的任何 LED 串电压。

与其他拓扑结构一样，PWMTG 驱动器简化了 PWM 调光 MOSFET 连接。在浮动 LED 拓扑中，开路和短路保护不会受到影响。LED 上的可选二极管-可防止 LED -与 GND 短路。

图 3 中的 2MHz 转换器在 12V V IN、15V V LED、330mA I LED和高达 2000:1 的 PWM 调光比在 120Hz 时具有 85% 的效率（无 EMI 滤波器时为 87%）。由于其尺寸、多功能性和低 EMI，该解决方案适合汽车日间行车灯、信号灯或尾灯 LED 驱动器的要求。

汽车照明

如此多的 LED 使它们非常适合用于汽车照明。LED尾灯和日间行车灯具有视觉吸引力。高效的 LED 大灯坚固耐用，其使用寿命比它们相对容易烧坏的灯丝前辈长几个数量级。驱动器体积小、效率高，输入和输出电压范围宽，应具有低 EMI。

纤巧的 LT3922 LED 驱动器具有汽车环境所需的低 EMI、高效率和故障保护功能。它可以从汽车 9V–16V 输入范围供电，并在瞬变情况下工作至 36V 和低至 3V（冷车发动条件）。其低 EMI Silent Switcher ®架构、SSFM 和受控开关边缘使其非常适合为低 EMI 的 LED 供电。其多功能性使其可用于外部日间行车灯、信号灯、尾灯和大灯部分以及具有高调光比的内部仪表板和平视显示器的升压、降压和升压-降压应用。内置的灵活性和故障保护减少了防止 LED 串短路和开路所需的组件数量。

图 4 中的 400kHz 汽车升压 LED 驱动器通过了 CISPR 25 5 类 EMI 测试，如图 5 所示，其中显示了 LT3922 的传导和辐射 EMI 测试结果以及 5 类 EMI 限制。这是 LT3922 低 EMI 特性组合的结果，包括但不限于受控开关边沿和扩频频率调制 (SSFM)。当然，应该使用适当的布局和少量的铁氧体磁珠过滤（FB1 和 FB2）以获得最佳的 EMI 结果。

图 4. 400kHz 汽车升压 LED 驱动器，带有用于低 EMI 的滤波器和 100%、10% 或 1% 内部产生的 PWM 调光选项。EMI 测试（图 5）表明该解决方案通过了 CISPR 25 Class 5。

图 5. 图 4 中所示的 400kHz LED 驱动器的 EMI 曲线，它通过了 CISPR 25 Class 5，并使用了最少的 EMI 滤波器。如果特定制造商的 EMI 要求需要进一步降低 EMI，则可以在输入中添加更大的 LC 滤波器。

低 EMI 的内置功能

LT3922 包括许多特性，使设计人员能够轻松实现低 EMI 解决方案。首先，LT3922 整合了凌力尔特获得专利的 Silent Switcher 架构，其中内部同步开关最大限度地减少了热开关环路尺寸，并且受控开关边缘不会振铃。

图 6 显示了 LT3922 的引脚排列如何在两个 V OUT引脚附近放置小型高频电容器，以最大限度地减小热回路尺寸和 EMI。

图 6. 双回路布局和高频 0402 分离电容器产生小的反向热回路，有助于降低高频 EMI。

开关边沿速率由 LT3922 控制，消除了在没有此功能的开关转换器中常见的高频振铃。LT3922 的受控开关边缘在不降低效率和功率能力的情况下降低了电源开关高频 EMI。

对于 400kHz 转换器，LT3922 中的 SSFM 以 1.6kHz 的速率将电阻器设置的开关频率从其值的 100% 上下扩展。这降低了转换器在低频和高频下的峰值和平均 EMI。通过将 SYNC/SPRD 引脚分别连接到 INTV CC或 GND，可以轻松开启和关闭该功能。

内部产生的 PWM 调光

通过 CTRL 引脚上的可调电压进行模拟调光一直比更精确的 PWM 调光更容易实现。到目前为止，PWM 调光需要一个外部时钟或微信号，其占空比通过 PWM 输入引脚控制亮度。然而，LT3922 具有内部生成的 PWM 调光信号，该信号仅需要 PWM 引脚上的外部电压来设置 128:1 PWM 调光的占空比。PWM 周期（例如 122Hz）由 RP 引脚上的单个电阻器设置。

LED 电流精度是配备冗余灯组的车辆的必要条件。由于显而易见的原因，双方的亮度必须匹配。相同制造的 LED 可以在相同的驱动电流下产生不同的亮度。LT3922 的内部调光功能可用于在接近或略低于 100% 占空比时进行亮度微调，然后设置为准确的 10:1 或 100:1 比率。这可以使灯组制造商免于为专门分档的 LED 支付额外费用。

当需要更高的调光比时，LT3922 可以以通常的方式从外部调光。图 2 中的高带宽 400kHz 降压模式 LED 驱动器在 100Hz 下产生 1000:1 的 PWM 调光比。图 1 中的 2MHz 升压 LED 驱动器可以在 120Hz 下实现 2000:1 的调光比，如图 7a 所示。通过在 RP 引脚上放置一个 122Hz 频率电阻器并将 PWM 引脚电压设置在 1.0V 和 2.0V 之间，可以为内部生成的 PWM 调光设置相同的电路，以实现高达 128:1 的调光，如图 7b 所示。在某些应用中，LT3922 可以设置为使用高达 5000:1 的外部 PWM 调光，并且 PWM 调光可以与 LT3922 的模拟调光相结合，以实现超过 50,000:1 的亮度控制

图 7. (a) 图 1 中外部生成的 2000:1 或 4000:1 PWM 调光和 (b) 图 1 中内部生成的 128:1 PWM 调光。

机器视觉

在工业装配线应用中，机器视觉（图 8）使用高速数字摄影结合数字图像处理提供设备的快速视觉反馈。这有助于在很少或无需人工检查的情况下快速识别和隔离有缺陷的产品。用于机器视觉系统的照明必须与装配线流程的速度同步，同时保持在无限期关闭时间内产生一致光脉冲的能力。

图 8. 装配线系统概览与机器视觉应用。

传统的 LED 驱动器在 PWM 输入信号保持低电平一段时间后无法保持其输出电压。这是由于输出电容器逐渐放电，使得通用 LED 驱动器不适合这些类型的应用。然而，LT3922 在 PWM 信号的下降沿期间对转换器的输出状态进行数字采样。然后，它通过在 PWM 关断时间内执行“维护开关”，而 LED 被高端 PMOS 断开连接，从而在延长关断时间内保持其输出电压。在100Hz以上频率的标准PWM调光过程中，最长关断时间为10ms或更短，此时可以拉断输出的漏电流很小。机器视觉和频闪应用可能有 100 毫秒到 5 秒（或更长时间）之间的长时间关闭，

维护开关确保输出电容器保持在 LT3922 的前一个采样周期期间记录的电压。假设向 IC 提供不间断的输入电源，转换器状态的数字样本将无限期存储。这允许 LT3922 在任何给定的关断时间内具有一致的输出电流波形，如图 9 所示。

图 9. 无论空闲还是停机时间，相机闪光灯波形看起来都一样。波形显示 10ms 和 1 小时后的脉冲。闲置一小时后，闪光灯看起来与闲置 10 毫秒后相同。这些结果适用于图 1 所示的电路。

结论

LT3922 36V LED 驱动器具有内部、同步、2A 开关，是一款紧凑且通用的 LED 驱动器。它可以轻松用于升压、降压和升压-降压拓扑。无论拓扑如何，它的所有功能都可用，包括高 PWM 调光能力和内部生成的 PWM 调光。借助 Silent Switcher 布局和 SSFM，可以轻松实现低 EMI。其紧凑的同步开关即使在高达 2MHz 的频率下也能保持高效率。凭借强大的故障保护，该 IC 可轻松满足汽车其他要求苛刻的应用的要求。