最新升壓-降壓型LED驅動器拓撲 具低輸入和低輸出紋波以實現低EMI

摘要：很多汽車 LED 驅動器電路需要恒定電流 DC/DC 轉換器拓撲，這種拓撲能夠從輸入到輸出提供升壓和降壓。然而，這些 LED 驅動器選擇都不具備真正的低輸入和低輸出紋波。本文介紹了一種新型拓撲——最新升壓-降壓型 (升壓然后降壓的模式) 浮置輸出 LED 驅動器，因為采用了面朝輸入和面朝輸出的電感器 (或耦合繞組)，所以具備低輸入紋波和低輸出紋波，例如凌力爾特最新推出的 LT3952。

　　很多汽車 LED 驅動器電路都需要恒定電流 DC/DC 轉換器拓撲，這種拓撲能夠從輸入到輸出提供升壓和降壓。在常用的升壓型和降壓型拓撲中，產生低 EMI(電磁干擾) 的拓撲是設計師最想要的。非隔離式 LED 驅動器拓撲的選擇有：面向很高功率和很高效率的 4 開關降壓-升壓型、耦合或非耦合式 SEPIC、單電感器“降壓-升壓模式”以及正壓至負壓 (基于降壓型轉換器) 單電感器降壓-升壓型拓撲。不幸的是，這些 LED 驅動器選擇不具備真正的低輸入和低輸出紋波。由于需要這樣的轉換器，所以人們開發了新型拓撲。

　　最新升壓-降壓型 (升壓然后降壓的模式) 浮置輸出 LED 驅動器因為采用了面朝輸入和面朝輸出的電感器 (或耦合繞組)，所以具備低輸入紋波和低輸出紋波。這種拓撲在不同方面與單電感器降壓-升壓型模式、單開關節點 SEPIC 和正壓版本 Cuk 轉換器都有相像的地方，正壓版本 Cuk 轉換器也具備低輸入和低輸出紋波。整合的升壓-降壓電感器 (或耦合電感器) 的總體尺寸與降壓-升壓模式單電感器類似。輸入紋波與 SEPIC 類似，但是輸出紋波小得多。電感器尺寸與 SEPIC 相同，但采用了單而不是雙開關節點 (熱環路更小)，而且降低了復雜性，因為兩個繞組之間沒有耦合電容器。輸入和輸出紋波類似于 Cuk 轉換器的低輸入和低輸出紋波 (負輸出)，但是繞組之間仍然沒有耦合電容器，而且最重要的是，無需以負壓為基準的電路反饋架構。正壓升壓-降壓型拓撲可以用現有升壓型 LED 驅動器實現，例如凌力爾特最新推出的 LT3952。

升壓-降壓型拓撲與浮置 LED 輸出

　　最新單開關 60V 單片 LT3952 LED 驅動器具 4A 峰值開關電流，可用作汽車升壓-降壓型 LED 驅動器，如圖 1 所示。這款 350kHz、1A LED 驅動器可為 6V~18V LED 供電，輸入范圍為 9V~36V，在負載最大時效率高達 90%。LT3952 升壓-降壓型轉換器之所以效率高，是因為采用了強大的內部 MOS 開關。不同 LED 串電壓時的效率如圖 2 所示。與其他 LED 驅動器類似，LT3952 的通用低壓側單電源開關架構可用來給浮置輸出升壓型和降壓型轉換器供電，例如升壓-降壓型和單電感器降壓-升壓模式轉換器。LED 串沒必要采用接地電壓基準，因為 LED 輸出僅是可見光。因為這個原因，所以可以使用獨特的升壓-降壓模式和降壓-升壓模式浮置 LED 驅動器拓撲。

　　LT3952 能夠用PWM MOSFET 驅動器的頂端浮置柵極“TG”引腳對浮置 LED 串進行 PWM 調光，這非常適合浮置 LED 負載。圖 1 中的升壓-降壓型拓撲能夠以 300:1 及更高的調光比 (以 120Hz 頻率工作) 進行 PWM 調光。高壓側 TG 驅動器可以非常容易地為升壓型、SEPIC、降壓-升壓模式、降壓模式以及升壓-降壓型 LED 驅動器提供 PWM 調光。該驅動器甚至還提供短路保護斷接功能，以針對令人極為擔心的 LED+ 至 GND 事故提供保護。LT3952 針對升壓-降壓型拓撲中 LED 短路和開路情況提供保護，并在出現這類情況時發出報告。

　　升壓-降壓型 LED 驅動器拓撲在調節 LED 電流時，可對輸入至輸出電壓進行升壓和降壓。升壓-降壓占空比、效率、開關電流和 OUT 節點電壓與單電感器降壓-升壓模式和 SEPIC 均相同。以下是升壓-降壓型 LED 驅動器的一些特性。

　　● V_OUT = V_IN + V_LED

　　● DC = V_LED / (V_IN + V_LED)

　　● Iswpk = I_IN + I_LED + I_Lpkpk/2

　　● I_Lpkpk = I_L1pkpk + I_L2pkpk

　　● 在 12VIN 至 18VLED (在 1A) 時，圖 1 效率約為 88%。