LT3950：多功能LED驅(qū)動芯片的全面解析

在電子工程師的日常工作中，LED驅(qū)動芯片的選擇至關(guān)重要。今天我們要深入探討的是一款功能強大的LED驅(qū)動芯片——LT3950，它在多個領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。

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一、芯片概述

LT3950是一款專門為驅(qū)動高電流LED而設(shè)計的多拓撲DC/DC轉(zhuǎn)換器。它具有以下顯著特點：

1. 多模式工作：支持升壓（Boost）、SEPIC、降壓（Buck）和降壓 - 升壓（Buck - Boost）四種工作模式，能適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。
2. 高精度調(diào)光：具備128:1的內(nèi)部指數(shù)比例PWM調(diào)光功能，同時支持20000:1的外部PWM調(diào)光（100Hz），可實現(xiàn)精準的亮度控制。
3. 寬輸入電壓范圍：輸入電壓范圍為3V至60V，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
4. 強大的內(nèi)部開關(guān)：內(nèi)置1.5A、60V的內(nèi)部開關(guān)，為高電流LED驅(qū)動提供了有力支持。
5. 精準的調(diào)節(jié)功能：±2%的LED電流和輸出電壓調(diào)節(jié)精度，確保了LED的穩(wěn)定工作。
6. 完善的保護機制：具備LED短路/開路保護及指示功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。

二、技術(shù)參數(shù)剖析

（一）絕對最大額定值

在使用LT3950時，必須嚴格遵守其絕對最大額定值，以防止芯片損壞。例如，VIN、SW、ISP、ISN、EN/UVLO、FAULT引腳的最大電壓為62V，不同引腳的電壓和溫度都有相應(yīng)的限制。超出這些額定值可能會導(dǎo)致芯片永久性損壞，影響設(shè)備的可靠性和使用壽命。

（二）電氣特性

1. 輸入特性：工作電源范圍為3V至60V，輸入靜態(tài)電流和關(guān)機電流在不同條件下有明確的數(shù)值。EN/UVLO引腳的閾值和遲滯特性決定了芯片的開啟和關(guān)閉條件。
2. 內(nèi)部LDO調(diào)節(jié)器：能提供穩(wěn)定的電壓輸出，其線路調(diào)節(jié)和負載調(diào)節(jié)性能良好，最大輸出電流可達20mA。
3. LED電流調(diào)節(jié)：通過ISP和ISN引腳進行電流感測，不同的CTRL引腳電壓對應(yīng)不同的電流閾值，可實現(xiàn)對LED電流的精確控制。
4. LED電壓調(diào)節(jié)：FB引腳用于輸出電壓反饋和調(diào)節(jié)，當FB引腳電壓接近1.2V時，控制環(huán)路會調(diào)節(jié)開關(guān)電流以穩(wěn)定輸出電壓。
5. 振蕩器：可編程的開關(guān)頻率范圍為300kHz至2MHz，可根據(jù)實際需求選擇合適的RT電阻來設(shè)置。同時，支持內(nèi)部擴頻頻率調(diào)制，能有效降低電磁干擾（EMI）。

三、引腳功能詳解

（一）關(guān)鍵引腳

1. ISP和ISN：用于連接LED電流反饋感測電阻，通過感測電阻上的電壓降來調(diào)節(jié)LED電流。當VISP - VISN超過700mV（典型值）時，芯片會停止開關(guān)動作并進入軟啟動。
2. FB：輸出電壓反饋引腳，用于輸出電壓調(diào)節(jié)和限制。當FB引腳電壓異常時，會觸發(fā)相應(yīng)的故障信號，如過壓、LED短路等。
3. CTRL：提供模擬調(diào)光功能，通過調(diào)節(jié)CTRL引腳電壓可改變感測電阻上的電壓降，從而實現(xiàn)LED電流的連續(xù)調(diào)節(jié)。同時，也可用于PWM調(diào)光，但頻率應(yīng)低于1kHz。
4. PWM：脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光控制引腳，支持外部PWM信號和內(nèi)部PWM調(diào)光。內(nèi)部PWM調(diào)光通過將PWM引腳電壓轉(zhuǎn)換為7位數(shù)字表示，實現(xiàn)指數(shù)比例的調(diào)光。
5. SYNC/SPRD：用于開關(guān)時鐘同步和擴頻頻率調(diào)制?？赏ㄟ^連接INTVCC啟用內(nèi)部擴頻，也可使用外部時鐘驅(qū)動該引腳實現(xiàn)同步。

（二）其他引腳

INTVCC為內(nèi)部電路提供電源，需連接1μF電容到地；RT和RP分別用于設(shè)置開關(guān)頻率和PWM調(diào)光發(fā)生器頻率；FAULT為開漏故障指示引腳，用于指示各種故障事件；EN/UVLO用于芯片的啟用和欠壓鎖定；PWMTG用于驅(qū)動外部串聯(lián)PMOS開關(guān)；SW為開關(guān)引腳；GND為接地引腳，必須焊接到PCB的接地平面。

四、工作原理

（一）基本工作過程

在每個時鐘周期開始時，時鐘信號置位SR鎖存器，使開關(guān)導(dǎo)通，電感電流線性增加。當開關(guān)電流超過內(nèi)部需求電流時，電流比較器復(fù)位SR鎖存器，開關(guān)斷開。內(nèi)部需求電流由誤差放大器根據(jù)外部LED電流感測電阻上的電壓降確定。

（二）調(diào)光方式

1. 模擬調(diào)光：通過調(diào)節(jié)CTRL引腳電壓，改變感測電阻上的電壓降，實現(xiàn)LED電流的連續(xù)調(diào)節(jié)。
2. 外部PWM調(diào)光：使用外部PWM信號驅(qū)動PWM引腳，根據(jù)PWM信號的占空比控制芯片的開關(guān)動作和LED負載的連接與斷開。
3. 內(nèi)部PWM調(diào)光：將PWM引腳電壓轉(zhuǎn)換為7位數(shù)字表示，通過指數(shù)比例的方式確定PWM占空比，實現(xiàn)高精度調(diào)光。

（三）保護機制

1. 過壓保護：當FB引腳電壓超過調(diào)節(jié)閾值時，F(xiàn)AULT引腳會發(fā)出過壓故障信號，芯片停止開關(guān)動作。
2. LED短路保護：當FB引腳電壓低于300mV（典型值，排除啟動階段）時，觸發(fā)LED短路故障信號，芯片停止開關(guān)并進入軟啟動。
3. LED開路保護：當FB引腳電壓接近1.2V且負載電流低于滿量程的10%時，F(xiàn)AULT引腳發(fā)出LED開路故障信號，但開關(guān)繼續(xù)正常工作。
4. 過流保護：當感測電阻上的電壓降超過700mV（典型值）時，芯片停止開關(guān)動作，F(xiàn)AULT引腳發(fā)出過流故障信號，并觸發(fā)軟啟動。

五、應(yīng)用信息及設(shè)計要點

（一）LED電流編程

通過在LED串中串聯(lián)一個感測電阻（RSENSE），可輕松編程LED串的滿量程電流。感測電阻應(yīng)放置在LED串的高端，并采用Kelvin連接方式連接到ISP和ISN引腳。典型的滿量程負載電流計算公式為：(I{FS}=frac{1}{4R{SENSE}} A)。

（二）LED電流調(diào)節(jié)

CTRL引腳可用于模擬調(diào)光，通過調(diào)節(jié)CTRL引腳電壓，可改變感測電阻上的電壓降，從而實現(xiàn)LED電流的調(diào)節(jié)。總LED電流計算公式為：(I{LED}=frac{V{CTRL}-0.2V}{4R{SENSE}} A)（(0.2V < V{CTRL} leq 1.2V)）。

（三）輸出調(diào)節(jié)電壓設(shè)置

LT3950不僅可以調(diào)節(jié)輸出電流，還能調(diào)節(jié)輸出電壓。當FB引腳電壓接近1.2V時，控制環(huán)路進入電壓調(diào)節(jié)模式。通過連接一個電阻分壓器到FB引腳，可設(shè)置輸出調(diào)節(jié)電壓，計算公式為：(V{OUT}=(1+frac{R{FB1}}{R_{FB2}})cdot1.2V)。

（四）開關(guān)和PWM調(diào)光發(fā)生器頻率設(shè)置

開關(guān)頻率可通過連接一個電阻到RT引腳進行編程，不同的RT電阻值對應(yīng)不同的開關(guān)頻率。PWM調(diào)光發(fā)生器時鐘有兩種編程方式：連接一個電阻到RP引腳可設(shè)置獨立的自由運行時鐘；將RP引腳連接到INTVCC可使PWM調(diào)光時鐘鎖定到開關(guān)時鐘。

（五）PWM調(diào)光

PWM調(diào)光可實現(xiàn)高動態(tài)范圍的LED負載調(diào)光。LT3950支持外部PWM和內(nèi)部PWM兩種調(diào)光模式。外部PWM調(diào)光使用外部數(shù)字信號驅(qū)動PWM引腳，內(nèi)部PWM調(diào)光通過調(diào)節(jié)PWM引腳電壓實現(xiàn)指數(shù)比例的調(diào)光。

（六）同步和擴頻頻率調(diào)制

通過使用外部時鐘驅(qū)動SYNC/SPRD引腳，可將LT3950的開關(guān)頻率同步到外部時鐘。將SYNC/SPRD引腳連接到INTVCC可啟用內(nèi)部擴頻頻率調(diào)制，有效降低EMI。

（七）最大占空比和電流限制

由于LT3950的工作原理，其占空比不能達到100%，最大占空比與頻率有關(guān)。在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）下，最大占空比計算公式為：(D{MAX}=1 - f{SW}cdot50ns)。芯片還提供了電流限制功能，可防止開關(guān)和外部組件因過流而損壞。

（八）環(huán)路補償

環(huán)路補償通常采用在VC引腳和地之間連接一個RC網(wǎng)絡(luò)的方式。在PCB面積有限的情況下，也可使用單個電容。調(diào)整補償電阻和電容的值可改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

六、外部組件選擇

（一）輸入和輸出電容

輸入和輸出電容應(yīng)根據(jù)功率級的瞬態(tài)電流需求進行選擇。X7R型陶瓷電容是常用的選擇，但需考慮電容的電壓降額效應(yīng)。輸入電容的取值與開關(guān)頻率、輸出電流、電感紋波電流和可容忍的輸入電壓紋波有關(guān)；輸出電容的取值與負載和功率級配置有關(guān)。

（二）肖特基整流器

應(yīng)選擇反向擊穿電壓額定值不低于60V、平均正向電流額定值大于編程LED電流并有一定余量的肖特基二極管。同時，要注意二極管的等效電容和反向泄漏電流，以避免對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。

（三）電感

選擇飽和電流額定值大于1.7A的電感，并根據(jù)輸入和輸出電壓、開關(guān)頻率以及所需的紋波電流來確定電感值。

（四）功率PMOS

對于與PWMTG引腳配合使用的PMOS，應(yīng)選擇漏 - 源電壓額定值高于65V、柵 - 源電壓額定值高于10V、漏電流額定值能滿足編程LED電流并有一定余量的器件。同時，要注意PMOS的柵極電荷對開關(guān)速度的影響。

七、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了多個典型應(yīng)用電路，包括5W降壓 - 升壓模式LED驅(qū)動器、8W升壓LED驅(qū)動器、5W SEPIC LED驅(qū)動器和36W降壓模式LED驅(qū)動器等。這些電路展示了LT3950在不同功率和工作模式下的應(yīng)用，為工程師提供了實際的設(shè)計參考。

八、總結(jié)

LT3950作為一款功能強大的LED驅(qū)動芯片，具有多模式工作、高精度調(diào)光、寬輸入電壓范圍、完善的保護機制等優(yōu)點。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理選擇外部組件，正確設(shè)置芯片的參數(shù)，以實現(xiàn)最佳的性能和可靠性。同時，要注意PCB布局的合理性，以降低電磁干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。你在使用LT3950的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。