同步升压转换器即使在低输入电压下也能为高电流LED供电

高功率LED在现代照明系统中继续激增，涵盖汽车前灯、工业/商业标牌、建筑照明和各种消费电子应用。行业向LED技术的过渡是由固态照明相对于传统光源提供的明显优势推动的：将电能转换为光输出的高效率，以及较长的使用寿命。

随着LED照明被纳入越来越多的应用中，对更高LED电流以增加光输出的需求也在增长。为大电流LED串供电的最大挑战之一是在负责提供良好调节LED电流的功率转换器级保持高效率。功率转换器的效率低下表现为不必要的热量，其来源于电流调节器电路的开关元件。

LT®3762 是一款同步升压型 LED 控制器，专为减少高功率升压型 LED 驱动器系统中常见的效率损耗源而设计。该器件的同步工作特性可最大限度地降低异步DC-DC转换器中箝位二极管正向压降通常产生的损耗。这种更高的效率使得 LT3762 能够提供比类似的异步升压型 LED 驱动器高得多的输出电流，尤其是在低输入电压下。为了改善低输入电压操作，板载DC-DC稳压器为栅极驱动电路提供7.5 V电压，即使输入降至7.5 V以下也是如此。在低输入电压下具有强栅极驱动电压源的结果是，随着输入电压的降低，MOSFET产生的热量更少，从而将工作输入范围的低端扩展到3 V。

图1.LT3762演示电路（DC2342A）在宽输入电压范围内以2 A电流为高达32 V的LED供电。该演示电路可通过额外的MOSFET和电容轻松修改，以增加输出功率。

该升压型 LED 控制器可配置为在 100 kHz 和 1 MHz 固定开关频率范围内工作，可选 −30% × f西 南部扩频频率调制，可降低与开关相关的EMI能量峰值。LT3762 可在升压、降压或升压 / 降压拓扑中运行，以便为 LED 供电。高边 PMOS 断开开关有助于 PWM 调光，并在 LED 处于开路/短路状态时保护器件免受潜在损坏。

LT3762 具有一个内部 PWM 发生器，该发生器使用单个电容器和一个直流电压来设定频率和脉冲宽度以实现高达 250：1 的 PWM 调光比，并且还可以使用一个外部 PWM 信号来实现高达 3000：1 的调光比。图2中的原理图显示了使用LT3762的演示电路应用（DC2342A），LT3762配置为在4 V至28 V输入电压范围内以2 A电流为高达32 V的LED供电。LT3762 同步升压 LED 控制器采用 4 mm × 5 mm QFN 封装以及 28 引脚 TSSOP 封装。

图2.32 V、2 A LT3762升压LED驱动器。

同步切换

在异步DC-DC转换器拓扑中，肖特基箝位二极管用作无源开关，以简化转换器对单个MOSFET进行脉宽调制的控制方案。虽然从控制角度来看，这确实简化了事情，但它限制了可以输送到输出的电流量。肖特基二极管与PN结器件一样，在任何电流通过器件之前都会经历正向压降。由于肖特基二极管中的功耗是其正向压降和电流的乘积，因此与传导相关的功耗在过高的输出电流水平下会导致几瓦的损耗，从而导致肖特基二极管升温，从而导致转换器效率低下。

LT®3762 同步开关转换器不会遇到与异步转换器相同的输出电流限制。这是因为同步转换器用第二个MOSFET取代肖特基二极管。与肖特基二极管不同，MOSFET没有正向压降。相反，MOSFET具有一个小电阻，当器件完全增强时，该电阻从漏极到源极形成。MOSFET在高电流下产生的传导损耗远低于肖特基二极管，因为功率损耗与通过器件的电流平方和漏源电阻的乘积成正比。即使在7 V的最低全功率输入电压下，MOSFET也仅承受约30°C的温升，如图3所示。

图3.在相同的测试条件下，使用类似的元件选择，同步LT3762（左）为32 V的LED串供电，电流为2 A，温升远低于异步LT3755-2电路（右）中观察到的温升。热性能的提高归因于用同步MOSFET取代肖特基箝位二极管，从而消除了二极管正向压降引起的损耗。

低输入电压操作

高功率升压LED控制器的另一个挑战区域发生在低输入电压操作期间。大多数升压DC-DC稳压器IC使用由器件输入供电的内部LDO稳压器，为IC内的模拟和数字控制电路提供较低电压的电源。在从内部LDO稳压器获取功率的电路中，栅极驱动器消耗的功率最多，其性能受LDO稳压器输出波动的影响。当输入电压降至LDO输出电压以下时，LDO输出开始崩溃，这限制了栅极驱动器适当增强MOSFET的能力。当MOSFET未完全增强时，它们在更高的电阻状态下工作，导致它们在电流通过器件时以热量的形式耗散功率。

升压转换器拓扑中的低输入电压操作会导致较高的输入电流，当必须通过电阻性更强的MOSFET器件时，会加剧传导损耗。根据稳压器IC的栅极驱动电压，这会严重限制器件在不过热的情况下成功实现的低输入电压范围。

LT3762采用集成降压-升压DC-DC稳压器，而不是LDO稳压器，即使在输入电压较低时也能提供7.5 V电压为内部电路供电。该降压-升压型稳压器仅消耗 LT3762 IC 的三个引脚，并且只需要两个额外的组件。与最小输入电压为4.5 V和6 V的内部LDO控制器器件相比，LT3762能够将其输入工作范围扩展至3 V。 降压-升压转换器的7.5 V输出为栅极驱动器供电，允许使用6 V/7 V栅极驱动MOSFET。较高的栅极驱动电压MOSFET往往具有较低的漏源电阻，并且（开关损耗除外）比较低的栅极驱动电压同行更有效地工作。

图4.32 V、2 A LT3762 LED驱动器可在宽输入范围内保持高效率。低电压在折返有助于避免开关/电感器电流过大。异步开关从 24 V 输入开始。

灵活的拓扑结构

与ADI公司的大多数其他升压LED驱动器一样，LT3762 可以重新配置为以升压配置为 LED 供电，也可以重新配置为降压 （降压模式） 和升压 / 降压 （降压-升压模式和升压-降压模式）。在这些升压转换器拓扑变体中，ADI公司获得专利的升压-降压模式配置能够用作升压/降压转换器，并具有低EMI工作的额外优势。这种拓扑利用两个电感器，一个面向输入，另一个面向输出，以帮助滤除开关产生的噪声。这些电感器有助于抑制耦合到输入电源和可能连接的其他器件以及 LED 负载的 EMI。

可以在升压-降压模式拓扑中添加额外的电路，以提供LED的短路保护–节点到GND。图 5 中的原理图示出了在添加此保护电路的情况下，LT3762 处于升压-降压模式配置。如果 LED 指示灯–短路至GND，M4被迫关断，阻断通过电感器到达输入的传导路径，防止电流过大。当 M4 被迫关断时，D3 将 EN/UVLO 引脚拉低以阻止转换器开关，直到短路消除。此保护电路与 LT3762 的内置开路 / 短路检测功能结合使用，使得该解决方案能够在恶劣环境中经受各种故障条件的考验。

图5.LT3762的25 V、1.5 A升压-降压配置，内置LED–接地短路保护。

结论

异步升压转换器通常难以提供高输出电流，而不会在正常工作时遇到显著的功率损耗和续流二极管发热。除了肖特基二极管产生的损耗外，当输入电压降低时，此类转换器难以保持最大功率输出能力，这限制了整个输入范围内的功率传输。异步DC-DC转换器根本不适合更高的功率水平，必须采用同步开关方案以满足应用规范。LT®3762 升压型 LED 控制器通过其同步开关解决了提供高输出电流的问题，由于其内置 DC-DC 转换器，能够在低得多的输入电压下工作，并且具有用于多种电路拓扑的灵活性。

审核编辑：郭婷