LT3497：高性能雙路全功能白光LED驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，LED照明因其高效、節(jié)能、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各類產(chǎn)品中。而一款優(yōu)秀的LED驅(qū)動(dòng)器則是確保LED穩(wěn)定工作的關(guān)鍵。今天，我們就來深入探討一下Linear Technology公司推出的LT3497雙路全功能白光LED驅(qū)動(dòng)器。

文件下載：LT3497.pdf

一、產(chǎn)品概述

LT3497是一款專門為驅(qū)動(dòng)白光LED而設(shè)計(jì)的雙路全功能升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。它能夠從單節(jié)鋰離子電池中驅(qū)動(dòng)多達(dá)12顆白光LED（每個(gè)轉(zhuǎn)換器可驅(qū)動(dòng)6顆串聯(lián)的白光LED）。其獨(dú)特的設(shè)計(jì)使得LED采用串聯(lián)連接方式，這樣可以保證每顆LED的電流相同，從而實(shí)現(xiàn)均勻的亮度，并且無需使用鎮(zhèn)流電阻和昂貴的工廠校準(zhǔn)。

（一）主要特性

1. 雙路獨(dú)立驅(qū)動(dòng)：具備兩個(gè)獨(dú)立的升壓轉(zhuǎn)換器，能夠驅(qū)動(dòng)不對(duì)稱的LED串，并且可以對(duì)兩路LED串進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)光和關(guān)斷控制。
2. 高端電流檢測(cè)：采用獨(dú)特的高端LED電流檢測(cè)技術(shù)，使該器件能夠作為“單線電流源”工作，LED串的一側(cè)可以在任意位置接地，實(shí)現(xiàn)更簡單的單線LED連接。
3. 內(nèi)部肖特基二極管：集成了肖特基二極管，減少了外部元件數(shù)量，提高了集成度。
4. 過壓保護(hù)：具有開路LED保護(hù)功能，當(dāng)輸出開路時(shí)，轉(zhuǎn)換器的(V_{CAP})電壓會(huì)被鉗位在32V（典型值）。
5. 高頻開關(guān)：2.3MHz的開關(guān)頻率允許使用小型電感和電容，減小了電路板空間。
6. 寬范圍調(diào)光：支持250:1的真彩色PWM調(diào)光，僅需每個(gè)轉(zhuǎn)換器1μF的輸出電容。
7. 小封裝：采用3mm × 2mm的10引腳DFN封裝，適合對(duì)空間要求較高的應(yīng)用。

（二）應(yīng)用領(lǐng)域

LT3497適用于多種便攜式電子設(shè)備，如手機(jī)、PDA、手持電腦、數(shù)碼相機(jī)、MP3播放器和GPS接收器等。

二、電氣特性

（一）絕對(duì)最大額定值

（二）電氣參數(shù)

三、工作原理

（一）主控制環(huán)路

LT3497采用恒定頻率、電流模式控制方案，以提供出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)性能。它包含兩個(gè)相同但完全獨(dú)立的PWM轉(zhuǎn)換器。在電源上電時(shí)，CAP1和CAP2引腳的電容通過各自的電感和內(nèi)部肖特基二極管充電至(V_{IN})。當(dāng)CTRL1和CTRL2引腳電壓高于100mV時(shí)，帶隙基準(zhǔn)、啟動(dòng)偏置和振蕩器開啟。

以轉(zhuǎn)換器1為例，在每個(gè)振蕩器周期開始時(shí)，功率開關(guān)Q1導(dǎo)通。與開關(guān)電流成正比的電壓與一個(gè)穩(wěn)定斜坡相加，其結(jié)果輸入到PWM比較器A2的正端。當(dāng)該電壓超過A2負(fù)端的電平（由誤差放大器A1設(shè)定）時(shí)，PWM邏輯關(guān)斷功率開關(guān)。誤差放大器A1根據(jù)(V{CAP1})和(V{LED1})電壓與帶隙基準(zhǔn)的差值，設(shè)置電感L1中的正確峰值電流，以保持輸出穩(wěn)定。CTRL1引腳用于調(diào)節(jié)LED電流。

（二）最小輸出電流

LT3497能夠在不跳脈沖的情況下以2mA的LED電流驅(qū)動(dòng)4顆LED串。當(dāng)電流進(jìn)一步減小時(shí)，器件可能開始跳脈沖，雖然平均LED電流仍能調(diào)節(jié)至零，但會(huì)產(chǎn)生一些低頻紋波。

四、應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（一）占空比計(jì)算

對(duì)于升壓轉(zhuǎn)換器，占空比計(jì)算公式為(D=frac{V{OUT }+V{D}-V{IN }}{V{OUT }+V{D}-V{CESAT }})，其中(V{OUT})為輸出電壓，(V{D})為肖特基正向壓降，(V{CESAT})為開關(guān)飽和電壓，(V{IN})為輸入電壓。LT3497在2.3MHz開關(guān)頻率下的最大占空比可達(dá)88%，在設(shè)計(jì)時(shí)需確保轉(zhuǎn)換器在給定頻率下不會(huì)受到占空比限制。

（二）電感選擇

（三）電容選擇

（四）過壓保護(hù)

LT3497的兩個(gè)轉(zhuǎn)換器都具有內(nèi)部開路保護(hù)電路。當(dāng)LED從電路中斷開或LED發(fā)生開路故障時(shí)，轉(zhuǎn)換器的(V_{CAP})電壓會(huì)被鉗位在32V（典型值）。即使其中一個(gè)轉(zhuǎn)換器輸出開路，另一個(gè)轉(zhuǎn)換器仍能正常工作。

（五）浪涌電流

LT3497內(nèi)置肖特基二極管，當(dāng)電源電壓施加到(V{IN})引腳時(shí)，會(huì)有浪涌電流通過電感和肖特基二極管對(duì)CAP電壓充電。兩個(gè)肖特基二極管能承受的最大電流為1A，因此電感和電容值的選擇應(yīng)確保浪涌電流峰值低于1A。對(duì)于低DCR電感，浪涌電流峰值可簡化計(jì)算，具體公式為： (alpha=frac{1}{2 cdot L}) (omega=sqrt{frac{1}{L cdot C}-frac{r^{2}}{4 cdot L^{2}}}) (PK=frac{V{IN}-0.6}{L cdot omega} cdot exp left(-frac{alpha}{omega} cdot frac{pi}{2}right)) 其中L為電感值，r為電感的DCR，C為輸出電容。

（六）LED電流編程

每串LED的電流可以通過選擇電阻(R{SENSE1})和(R{SENSE2})獨(dú)立設(shè)置。對(duì)于每串LED，反饋電阻（(R{SENSE})）和檢測(cè)電壓（(V{CAP}-V{LED})）控制LED電流。計(jì)算公式為(R{SENSE }=frac{200 mV}{I_{LED}})，為了獲得準(zhǔn)確的LED電流，建議使用精度電阻（推薦1%）。

（七）調(diào)光控制

LT3497支持三種不同類型的調(diào)光控制電路：

1. 直接PWM調(diào)光：通過直接用PWM信號(hào)調(diào)制LED電流，可以在不改變LED顏色的情況下實(shí)現(xiàn)調(diào)光，并且提供更寬的調(diào)光范圍。需要一個(gè)外部NMOS連接在LED串中最低LED的陰極和地之間。
2. 使用直流電壓：通過調(diào)節(jié)CTRL引腳的直流電壓來控制LED亮度，當(dāng)CTRL引腳電壓從0V增加到1.5V時(shí)，LED電流從0增加到最大值。
3. 使用濾波PWM信號(hào)：將PWM信號(hào)通過RC網(wǎng)絡(luò)濾波后輸入到CTRL1、CTRL2引腳，實(shí)現(xiàn)LED亮度控制。需要注意的是，R1、C1的轉(zhuǎn)折頻率應(yīng)遠(yuǎn)低于PWM信號(hào)頻率，且R1應(yīng)遠(yuǎn)小于CTRL引腳的內(nèi)部阻抗（典型值為10MΩ）。

（八）低輸入電壓應(yīng)用

LT3497可以用于低輸入電壓應(yīng)用，輸入電源電壓必須為2.5V或更高，但電感可以由較低的電池電壓供電，這種技術(shù)允許使用兩節(jié)堿性電池為LED供電，提高了效率。

（九）電路板布局注意事項(xiàng)

在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注意電路板布局和元件放置，以防止電磁干擾（EMI）問題。應(yīng)盡量減小與開關(guān)節(jié)點(diǎn)引腳（SW1和SW2）連接的所有走線的長度和面積，使檢測(cè)電壓引腳（CAP1、CAP2、LED1和LED2）遠(yuǎn)離開關(guān)節(jié)點(diǎn)。輸出電容（(C{OUT1})和(C{OUT2})）應(yīng)放置在輸出引腳（CAP1和CAP2）旁邊，(V_{IN})引腳的旁路電容應(yīng)靠近IC放置，以過濾來自SW1和SW2的EMI噪聲。同時(shí)，在開關(guān)調(diào)節(jié)器下方使用接地平面，以減少平面間耦合。

五、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多種典型應(yīng)用電路，如Li - Ion to 4/4 White LEDs、Li - Ion to 6/6 White LEDs等，并展示了不同應(yīng)用電路的轉(zhuǎn)換效率曲線。這些電路可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的電感、電容和電阻等元件，以滿足不同的LED驅(qū)動(dòng)要求。

六、相關(guān)產(chǎn)品推薦

總之，LT3497是一款功能強(qiáng)大、集成度高的白光LED驅(qū)動(dòng)器，在便攜式電子設(shè)備的LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中具有很大的優(yōu)勢(shì)。通過合理選擇元件和優(yōu)化電路板布局，可以充分發(fā)揮其性能，為產(chǎn)品提供穩(wěn)定、高效的LED照明解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過類似LED驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。