LT3795：高性能LED控制器的卓越之選

在電子工程師的日常工作中，選擇一款合適的LED控制器至關重要。ADI公司的LT3795就是這樣一款值得關注的產(chǎn)品，它具備多種出色的特性和廣泛的應用場景，下面我們就來詳細了解一下。

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一、LT3795的特性亮點

1. 調(diào)光與輸入特性

• 高比例調(diào)光：擁有3000:1的True Color PWM?調(diào)光比例，能夠?qū)崿F(xiàn)精準的亮度調(diào)節(jié)，滿足不同場景下對LED亮度的需求。
• 寬輸入電壓范圍：支持4.5V至110V的寬輸入電壓范圍，這使得它在不同的電源環(huán)境下都能穩(wěn)定工作，具有很強的適應性。
• 電流報告功能：具備輸入和輸出電流報告功能，方便工程師實時監(jiān)測電路中的電流情況，進行有效的故障排查和性能優(yōu)化。

2. 頻率與保護特性

• 擴頻頻率調(diào)制：內(nèi)部集成了擴頻頻率調(diào)制（SSFM）功能，可有效改善電磁兼容性（EMC）性能，減少電磁干擾對其他設備的影響。
• 精準的電壓和電流調(diào)節(jié)：提供±2%的恒定電壓調(diào)節(jié)和±3%的恒定電流調(diào)節(jié)，在0V ≤ V_OUT ≤ 110V的輸出電壓范圍內(nèi)都能保證穩(wěn)定的輸出。
• 多重保護機制：具備可編程的輸入電流限制、開路LED保護（OPENLED標志）、短路保護（SHORTLED標志）、欠壓鎖定（UVLO）等功能，確保電路在各種異常情況下的安全性和穩(wěn)定性。

3. 其他特性

• 可調(diào)節(jié)頻率：開關頻率可在100kHz至1MHz之間進行調(diào)節(jié)，工程師可以根據(jù)具體的應用需求選擇合適的頻率，以優(yōu)化電路性能。
• 軟啟動和故障重啟：支持軟啟動功能，并帶有可編程的故障重啟定時器，能夠減少啟動時的電流沖擊，提高系統(tǒng)的可靠性。
• 電池充電檢測：具備C/10檢測功能，適用于電池充電應用。

二、工作原理與內(nèi)部結(jié)構

LT3795是一款定頻、電流模式控制器，帶有低端NMOS柵極驅(qū)動器。其工作過程可以結(jié)合內(nèi)部框圖來理解。在正常工作時，當PWM引腳為低電平時，GATE引腳被驅(qū)動至地，TG引腳被拉高至ISP以關閉PMOS斷開開關，V_C引腳變?yōu)楦咦杩範顟B(tài)，以存儲外部補償電容上的先前開關狀態(tài)，同時ISP和ISN引腳的偏置電流降低至泄漏水平。當PWM引腳變?yōu)楦唠娖綍r，TG引腳在短暫延遲后變?yōu)榈碗娖?，?nèi)部振蕩器喚醒并產(chǎn)生脈沖來設置PWM鎖存器，從而打開外部功率N溝道MOSFET開關（GATE引腳變?yōu)楦唠娖剑?。通過外部電流檢測電阻檢測到的與開關電流成比例的電壓輸入，加上穩(wěn)定的斜率補償斜坡，得到的開關電流檢測信號被饋入PWM比較器的負端。在開關導通期間，外部電感中的電流穩(wěn)定增加，當開關電流檢測電壓超過誤差放大器的輸出（標記為V_C）時，鎖存器復位，開關關閉。在開關關斷階段，電感電流減小。在每個振蕩器周期結(jié)束時，內(nèi)部信號（如斜率補償）返回到其起始點，新的周期從振蕩器的設置脈沖開始。

三、引腳功能詳解

1. 電流反饋相關引腳

• ISP（引腳1）：電流反饋電阻（R_LED）正端的連接點，同時也作為TG引腳驅(qū)動器的正電源軌。
• ISN（引腳2）：電流反饋電阻（R_LED）負端的連接點。

2. 驅(qū)動與控制引腳

• TG（引腳3）：頂部柵極驅(qū)動器輸出，用于驅(qū)動串聯(lián)PMOS器件的柵極，以實現(xiàn)PWM調(diào)光或故障保護功能。
• GND（引腳4、17、21、22、暴露焊盤引腳29）：接地引腳，同時作為控制環(huán)路的電流檢測輸入，應將暴露焊盤直接焊接到接地平面。
• ISMON（引腳5）：ISP/ISN電流報告引腳，可報告LED電流。
• CTRL2（引腳6）：電流檢測閾值調(diào)整引腳2，與CTRL1功能相同，用于調(diào)節(jié)電流檢測閾值。
• CTRL1（引腳9）：電流檢測閾值調(diào)整引腳1，與CTRL2功能相同。

3. 其他重要引腳

• V_REF（引腳10）：電壓參考輸出引腳，典型值為2.015V，可用于為CTRL引腳提供參考電壓。
• SS（引腳11）：軟啟動引腳，可調(diào)制振蕩器頻率和補償引腳電壓（V_C）鉗位，同時也可作為故障定時器使用。
• RT（引腳12）：開關頻率調(diào)整引腳，通過連接到地的電阻來設置開關頻率。
• RAMP（引腳13）：用于擴頻頻率調(diào)制，可改善EMC性能。
• PWM（引腳14）：PWM輸入信號引腳，用于實現(xiàn)PWM調(diào)光控制。
• SHORTLED（引腳15）：短路LED指示引腳，當檢測到短路故障時會被拉低。
• OPENLED（引腳16）：開路LED指示引腳，當檢測到開路故障時會被拉低。
• SENSE（引腳18）：控制環(huán)路的電流檢測輸入，應與開關電流檢測電阻的正端進行開爾文連接。
• GATE（引腳19）：N溝道MOSFET柵極驅(qū)動器輸出，在關機、故障或空閑狀態(tài)下被驅(qū)動至地。
• INTV_CC（引腳20）：內(nèi)部負載和柵極驅(qū)動器的穩(wěn)壓電源，典型值為7.7V，需使用4.7μF的陶瓷電容進行旁路。
• V_IN（引腳23）：輸入電源引腳，需使用0.22μF（或更大）的電容進行局部旁路。
• EN/UVLO（引腳24）：使能和欠壓鎖定引腳，可精確檢測電源是否正常，以啟用開關操作。
• OVLO（引腳25）：輸入過壓鎖定引腳，用于檢測輸入電壓是否過高。
• IVINN（引腳26）：輸入電流檢測電阻負端的連接點。
• IVINP（引腳27）：輸入電流檢測電阻正端的連接點。
• IVINCOMP（引腳28）：輸入電流檢測放大器輸出引腳，用于限制輸入電流。

四、典型應用電路

1. 短路穩(wěn)健型升壓LED驅(qū)動器

該應用電路結(jié)合了輸入電流限制和擴頻頻率調(diào)制功能，適用于需要高電壓輸出和短路保護的LED照明應用。在電路中，通過合理選擇電感、電容、電阻等元件的值，可以實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出和良好的EMC性能。

2. SEPIC LED驅(qū)動器

SEPIC拓撲結(jié)構能夠?qū)崿F(xiàn)升降壓功能，適用于輸入電壓范圍較寬的應用場景。該電路同樣具備輸入電流限制功能，可有效保護電路和LED負載。

3. 降壓模式LED驅(qū)動器

降壓模式適用于輸入電壓高于輸出電壓的情況，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。在一些低電壓LED照明應用中，該電路可以提供穩(wěn)定的輸出電流和電壓。

4. 具備3000:1 PWM調(diào)光的降壓模式LED驅(qū)動器

該電路通過PWM引腳實現(xiàn)了高達3000:1的調(diào)光比例，能夠滿足對LED亮度調(diào)節(jié)精度要求較高的應用場景，同時在調(diào)光過程中可避免LED出現(xiàn)色偏問題。

5. 降壓 - 升壓模式LED驅(qū)動器

降壓 - 升壓模式結(jié)合了降壓和升壓的優(yōu)點，適用于輸入電壓和輸出電壓范圍都較寬的應用。該電路在不同的輸入電壓下都能提供穩(wěn)定的輸出，以驅(qū)動LED負載。

五、應用設計要點

1. INTV_CC穩(wěn)壓器旁路與操作

INTV_CC引腳需要使用一個電容來穩(wěn)定工作并存儲用于大GATE開關電流的電荷。建議選擇額定電壓為10V、低ESR的X7R或X5R陶瓷電容，例如4.7μF的陶瓷電容在許多應用中都能滿足要求。同時，要將電容放置在靠近IC的位置，以最小化到INTV_CC引腳和IC接地的走線長度。此外，INTV_CC引腳有自己的欠壓禁用（UVLO）設置，典型值為4V，以保護外部FET免受因未完全增強而導致的過大功率損耗。如果INTV_CC引腳電壓低于UVLO閾值，GATE引腳將被強制為0V，TG引腳被拉高，軟啟動引腳將被復位。

2. 編程開啟和關閉閾值

通過EN/UVLO引腳可以精確設置下降的UVLO值，使用電阻分壓器和一個3μA的下拉電流來實現(xiàn)上升滯后的編程。工程師可以根據(jù)具體的應用需求，使用以下公式計算電阻值： [V{IN( FALLING) }=1.22 cdot frac{R 1+R 2}{R 2}] [V{IN(RISING) }=V_{IN( FALLING) }+3 mu A cdot R 1]

3. 編程過壓鎖定閾值

通過OVLO引腳可以實現(xiàn)輸入過壓鎖定保護功能，使用一個電阻從VIN連接到OVLO引腳，并根據(jù)以下公式計算電阻值： [V_{IN,OVLO }=1.25 cdot frac{R 3+R 4}{R 4}]

4. LED電流編程

通過在ISP和ISN引腳之間放置合適的電流檢測電阻（RLED）來編程LED電流。當兩個CTRL引腳的電壓都高于1.2V時，LED電流可通過以下公式計算： [LED =frac{250 mV}{R{LED}}] 當較低的CTRL引腳電壓在0.1V至1V之間時，LED電流為： [LED =frac{V{CTRL }-100 mV}{R{LED } cdot 4}] 當V_CTRL = 0V時，LED電流為0。

5. 編程輸出電壓

對于升壓LED驅(qū)動器，輸出電壓可以通過選擇R5和R6的值來編程，公式如下： [V{OUT }=1.25 cdot frac{R 5+R 6}{R 6}] 對于降壓模式或降壓 - 升壓模式的LED驅(qū)動器，輸出電壓的計算公式有所不同： [V{OUT }=1.25 cdot frac{R 7}{R 8}+V_{BE(01)}]

6. PWM調(diào)光控制

LT3795提供了兩種控制LED電流進行調(diào)光的方法。一種是使用CTRL引腳來調(diào)整LED中的調(diào)節(jié)電流；另一種是使用PWM引腳在零電流和滿電流之間調(diào)制LED電流，以實現(xiàn)精確編程的平均電流，同時避免LED在低電流下出現(xiàn)色偏問題。為了使PWM調(diào)光更準確，在PWM為低電平時，開關需求電流存儲在V_C節(jié)點上，以最小化PWM信號變?yōu)楦唠娖綍r的恢復時間。此外，建議在LED電流路徑中使用斷開開關，以防止輸出電容在PWM信號低電平階段放電。

7. 開關頻率編程

通過RT頻率調(diào)整引腳，工程師可以將開關頻率編程在100kHz至1MHz之間，以優(yōu)化效率/性能或外部組件的尺寸。較高的頻率操作可以減小組件尺寸，但會增加開關損耗和柵極驅(qū)動電流；較低的頻率操作則可以提供更好的性能，但需要更大的外部組件尺寸。

8. 擴頻頻率調(diào)制

為了改善電磁干擾（EMI）性能，LT3795集成了擴頻頻率調(diào)制功能。如果在RAMP引腳連接一個電容（C_RAMP），將產(chǎn)生一個在1V至2V之間掃描的三角波，該信號被饋入內(nèi)部振蕩器，以在基頻的70%和基頻之間調(diào)制開關頻率。調(diào)制頻率由12μA/(2 · 1V · C_RAMP)決定。通過合理選擇電容值，可以優(yōu)化EMI測量結(jié)果。

9. 占空比考慮

開關占空比是定義轉(zhuǎn)換器操作的關鍵變量，在為特定應用編程開關頻率時，必須考慮其限制。最小和最大占空比分別由固定的最小導通時間和最小關斷時間以及開關頻率決定，計算公式如下： 最小占空比 = 最小導通時間 × 開關頻率 最大占空比 = 1 - 最小關斷時間 × 開關頻率

10. 設置輸入電流限制

LT3795具有獨立的輸入電流檢測放大器，用于限制輸入電流。輸入電流IIN可以通過以下公式計算： [I{IN }=frac{60 mV}{R_{INSNS }}] 同時，需要使用濾波電容C_FILT來過濾IVINCOMP引腳的電壓，以最小化輸入電流引起的紋波，并補償輸入電流調(diào)節(jié)環(huán)路。

11. 熱考慮

由于LT3795的最大輸入電壓為110V，在較高輸入電壓下，必須仔細關注IC的內(nèi)部功率損耗，以確保結(jié)溫不超過150°C。IC的大部分功率損耗來自驅(qū)動外部功率N溝道MOSFET柵極電容所需的電源電流。可以使用以下公式估算IC的內(nèi)部結(jié)溫： [T{J}=T{A}+left[V{I N} cdotleft(I{Q}+f{S W} cdot Q{G}right) cdot theta_{J A}right]] 其中，T_A是環(huán)境溫度，I_Q是器件的靜態(tài)電流（典型值為2.9mA），θ_JA是封裝的熱阻抗（對于TSSOP封裝為30°C/W）。此外，封裝底部的暴露焊盤必須焊接到接地平面，并通過熱過孔連接到內(nèi)部銅接地平面，以散發(fā)IC產(chǎn)生的熱量。

12. 元件選擇

• 輸入電容：輸入電容應根據(jù)轉(zhuǎn)換器的功率電感的瞬態(tài)電流要求進行放置和尺寸選擇。通常，X7R類型的陶瓷電容是最佳選擇，因為它在溫度和直流偏置下的變化最小。對于升壓和SEPIC轉(zhuǎn)換器，所需的電容值通常比降壓模式轉(zhuǎn)換器低。
• 輸出電容：輸出電容的選擇取決于負載和轉(zhuǎn)換器配置（升壓或降壓）以及工作頻率。對于LED應用，建議使用X7R類型的陶瓷電容，以衰減電流紋波。在升壓和降壓 - 升壓模式應用中，所需的濾波電容通常比降壓模式應用大。
• 功率MOSFET：對于在高輸入或輸出電壓下工作的應用，應選擇具有合適漏源電壓（V_DS）額定值和低柵極電荷（Q_G）的功率N溝道MOSFET開關。同時，要確保MOSFET的Q_G在7.7V時與開關頻率的乘積不超過INTV_CC電流限制。
• 高端PMOS斷開開關：建議選擇具有最小V_TH為 - 1V至 - 2V的高端PMOS斷開開關，以優(yōu)化或最大化PWM調(diào)光比例，并在故障條件下保護LED串免受過度發(fā)熱。
• 肖特基整流器：功率肖特基二極管在開關關斷期間傳導電流，應選擇額定電壓為最大SW電壓的二極管。在使用PWM調(diào)光功能時，要選擇泄漏電流足夠低的肖特基二極管，以減少溫度升高時的泄漏。
• 檢測電阻：在外部N溝道MOSFET源極和地之間的檢測電阻（R_SENSE）應選擇合適的值，以提供足夠的開關電流來驅(qū)動應用，同時不超過LT3795 SENSE引腳的電流限制閾值（典型值為113mV）。
• 電感：與LT3795一起使用的電感應具有適當?shù)娘柡碗娏黝~定值，以適應通過RSENSE電阻選擇的最大開關電流?？梢愿鶕?jù)工作頻率、輸入和輸出電壓選擇合適的電感值，以在SENSE引腳提供約20mV幅度的電流模式信號。
• 環(huán)路補償：LT3795使用內(nèi)部跨導誤差放大器，其V_C輸出補償控制環(huán)路。外部電感、輸出電容以及補償電阻和電容決定了環(huán)路的穩(wěn)定性。對于典型的LED應用，在V_C引腳使用10nF的補償電容通常是足夠的，并應始終使用串聯(lián)電阻來增加V_C引腳的壓擺率，以在轉(zhuǎn)換器輸入電源的快速瞬變期間保持更嚴格的LED電流調(diào)節(jié)。
• 軟啟動電容：軟啟動電容的選擇決定了軟啟動間隔時間，公式為： [T{SS}=C{SS} cdot frac{2 V}{28 mu A}] 典型的軟啟動電容值為0.1μF，軟啟動功能可以減少啟動時的浪涌電流和輸出電壓過沖。

13. 電路板布局

LT3795的高速操作對電路板布局和組件放置提出了較高要求。要確保封裝的暴露焊盤與電路板的接地平面實現(xiàn)良好的電氣和熱接觸，以減少電磁干擾（EMI），應最小化電感、開關漏極和肖特基整流器陽極之間的高dV/dt開關節(jié)點的面積。同時，要最小化高dI/dt走線的長度，并將這些開關電流走線的接地點連接到LT3795下方的接地平面。對于補償網(wǎng)絡和其他直流控制信號的接地，應采用星形連接到IC的底部。此外，要避免過長地布線高阻抗信號，如FB、RT和V_C，以防止拾取開關噪聲。

六、總結(jié)

LT3795作為一款高性能的LED控制器，憑借其豐富的特性、靈活的應用和可靠的保護機制，在LED照明等領域具有廣泛的應用前景。在實際應用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和應用場景，合理選擇電路拓撲結(jié)構和元件參數(shù)，并注意電路板布局等細節(jié)，以充分發(fā)揮LT3795的性能優(yōu)勢，設計出穩(wěn)定、高效的LED驅(qū)動電路。你