最新升壓一降壓型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——最新升壓一降壓型（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。本文網絡版地址：http：//www.eepw.e om.cn/article/277718.htm

關鍵詞：升壓降壓；LED驅動器；拓撲

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開關降壓一升壓型、耦合或非耦合式SEPIC、單電感器“降壓一升壓模式”以及正壓至負壓（基于降壓型轉換器）單電感器降壓一升壓型拓撲。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。

最新升壓一降壓型（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一升壓型模式、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。整合的升壓一降壓電感器（或耦合電感器）的總體尺寸與降壓一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。正壓升壓一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。

升壓一降壓型拓撲與浮置LED輸出

最新單開關60V單片LT3952LED驅動器具4A峰值開關電流，可用作汽車升壓一降壓型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升壓一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，例如升壓一降壓型和單電感器降壓一升壓模式轉換器。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一降壓模式和降壓一升壓模式浮置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中的升壓一降壓型拓撲能夠以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、降壓一升壓模式、降壓模式以及升壓一降壓型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針對升壓一降壓型拓撲中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。

升壓一降壓型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。升壓一降壓占空比、效率、開關電流和OUT節點電壓與單電感器降壓一升壓模式和SEPIC均相同。以下是升壓一降壓型LED驅動器的一些特性。

V_OUT= V_IN +V_LED

DC= V_LED/（V_IN +V_LED）

Iswpk=V_IN+V_LED+ I_Lpkpk/2

I_Lpkpk=I_L1pkpk+I_L2pkpk

在12V_IN至18V_LED（在1A）時，低輸入和低輸出紋波拓撲=低EMI

在升壓一降壓型和單電感器降壓一升壓模式之間，有很多相似性。圖1和圖2之間不同的是輸入和輸出紋波。圖4顯示升壓一降壓型與降壓一升壓模式（分別對應圖1和圖2）相比，傳導EMI降低了。輸入和輸出繞組隔離可防止輸出紋波電流耦合到升壓一降壓型拓撲的輸入電容器上，從而降低了EMI。圖4的EMI曲線顯示，從530kHz至1.8MHz的AM頻段EMI很低，因此較少需要大型EMI輸入濾波器。

圖5顯示了升壓一降壓型拓撲的另一種電路圖，顯示了低輸入和低輸出紋波通路，相比之下，SEPIC轉換器沒有同樣的低輸出紋波。無論是輸入還是輸出導線上的高紋波，都可能輻射并提高EMI，尤其是如果這些導線長達幾米時，就像有時汽車中的導線那樣。不推薦在LED驅動器的輸出端采用額外的LC濾波，因為這有可能降低PWM轉換速度，引起不想要的振鈴，從而妨礙最佳PWM調光性能的實現。低紋波、面朝輸出的電感器就像降壓型拓撲一樣，可實現PWM調光性能和低輸出EMI的最佳組合。請注意，正壓至負壓單電感器降壓一升壓型轉換器也具備低輸出紋波和大帶寬，但是出了名的是，其輸入紋波和輸出紋波會耦合到系統的大型輸入電容中，從而產生大于所希望的傳導EMI。

升壓一降壓型拓撲中的輸入和輸出電容器非常容易濾除等于IL_pkpk/√12的三角形低紋波電流。在這種拓撲中，略大一些的電容或電感可以進一步降低EMI。在該轉換器的高dl/dt熱環路中，輸入或輸出電容器都不是至關重要的。在這種拓撲中，關鍵熱環路僅涉及箝位二極管、OUT至GND電容器以及內部低壓側開關，如圖5所示，從而簡化了布局。當升壓一降壓型拓撲的兩個電感器或繞組連到一起且LED節點連接到輸入時，該升壓一降壓型拓撲就變回以前使用的降壓一升壓模式轉換器了。在這種情況下，熱環路電流以及輸入和輸出紋波電流都有可能進入輸入和輸出電容器，導致較高的輸入和輸出紋波。另一種類似的正壓至負壓升壓一降壓型拓撲

另一種正在申請專利和具低紋波輸入和輸出的升壓一降壓型LED驅動器拓撲如圖6所示。LT3744正壓至負壓升壓一降壓型（升壓模式然后降壓）也是一款低輸入和低輸出紋波LED驅動器，但使用了具負壓調節功能的同步降壓型轉換器。這種新型浮置負壓輸出拓撲利用了具備PWM和輸出標記電平轉換功能的同步降壓型LT3744 LED驅動器的優勢。在大多數情況下，高效率是同步開關型IC的主要優勢，尤其是驅動大功率LED串時，例如圖6中的3A、48W LED負載。同時具備同步升壓和降壓LED驅動器的同步升壓和降壓型升壓一降壓LED驅動器也可以實現高效率。

結論

凌力爾特公司正在申請專利的最新升壓一降壓型LED驅動器拓撲以低輸入紋波和低輸出紋波提供輸入至LED的升壓和降壓。LT3952和LT3744等最新LED驅動器可用于汽車及工業應用中的簡單和大功率LED串，而不會犧牲PWM調光性能，在這類應用中，大功率和低噪聲至關重要。