汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該緊湊、高效率且支持無(wú)閃爍 PWM 調(diào)光。這類驅(qū)動(dòng)器不應(yīng)該在 AM 收音機(jī)頻帶及其附近產(chǎn)生很大的傳導(dǎo) EMI。不幸的是，高功率開關(guān)模式電源本質(zhì)上不具備低 EMI 特性。恒定開關(guān)頻率會(huì)在不少頻率上產(chǎn)生顯著的 EMI 特征，其中包括電源的基本工作頻率及其諧波頻率。一些 EMI 落入 AM 頻帶的可能性很大。
最大限度地減小 EMI 峰值的方法之一是，允許開關(guān)模式電源 (SMPS) 的工作頻率覆蓋一個(gè)范圍，也就是擴(kuò)展頻譜開關(guān)。擴(kuò)展頻譜開關(guān)的預(yù)期效果是，降低會(huì)在 SMPS 基本工作頻率及其諧波頻率上出現(xiàn)的 EMI 峰值，而將 EMI 能量擴(kuò)展到一個(gè)范圍的頻率上。
LED 驅(qū)動(dòng)器 SMPS 還有一項(xiàng)附加要求：頻率擴(kuò)展還應(yīng)該與 PWM 調(diào)光 (亮度控制) 同步，以確保不產(chǎn)生 LED 閃爍。
為達(dá)到此目的，LT3795 自己產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào)，并運(yùn)用一種正在申請(qǐng)專利的方法，使該信號(hào)與較低頻率 PWM 調(diào)光輸入保持一致。這就消除了擴(kuò)展頻譜頻率與 PWM 信號(hào)相結(jié)合，在 LED 中產(chǎn)生可見閃爍的可能性，即使在 PWM 調(diào)光比最高時(shí)也一樣。
高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器
LT3795 是一款高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器，采用了與 LT3756 / LT3796 系列同樣的高性能 PWM 調(diào)光方法，但有一種額外的功能，即提供內(nèi)部擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào)以降低 EMI。該器件是一個(gè)具 4.5V 至 110V 輸入、0V 至 110V 輸出的單開關(guān)控制器 IC，可配置為升壓、SEPIC、降壓-升壓模式或降壓模式 LED 驅(qū)動(dòng)器。LT3795 在 100kHz 至 1MHz 開關(guān)頻率范圍內(nèi)工作，提供 LED 開路保護(hù)和短路保護(hù)，還能夠作為具電流限制的恒定電壓穩(wěn)壓器或者作為恒定電流 SLA 電池或超級(jí)電容器充電器工作。
圖 1 顯示了一個(gè)效率高達(dá) 92%、80V、400mA、300kHz ~ 450kHz 的汽車 LED 前燈驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器提供擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制和短路保護(hù)。
圖 1：80V、400mA 汽車 LED 驅(qū)動(dòng)器提供內(nèi)部擴(kuò)展頻譜功能以降低 EMI
內(nèi)部擴(kuò)展頻譜調(diào)制簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)
與其他高功率 LED 驅(qū)動(dòng)器不同，LT3795 自己產(chǎn)生擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào)，以產(chǎn)生低于設(shè)定開關(guān)頻率 30% 的開關(guān)頻率調(diào)制。這樣就降低了傳導(dǎo) EMI 峰值，從而減少了對(duì)昂貴和笨重的 EMI 輸入濾波電容器和電感器的需求。
如果在 LED 驅(qū)動(dòng)器中用外部或單獨(dú)的擴(kuò)展頻譜時(shí)鐘產(chǎn)生開關(guān)頻率，就可能在 PWM 調(diào)光時(shí)產(chǎn)生可見閃爍，因?yàn)閿U(kuò)展頻譜頻率的變化沒有與 PWM 周期同步。出于這個(gè)原因，在許多高端 LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中，采用擴(kuò)展頻譜方法并非區(qū)區(qū)小事。如果不采用擴(kuò)展頻譜，設(shè)計(jì)師就必須依靠笨重的 EMI 濾波器、減緩開關(guān)邊沿 (但降低效率) 的柵極電阻器、以及開關(guān)減振器和箝位二極管。
圖 2 比較了擴(kuò)展頻譜功能啟動(dòng)和停用時(shí)，LT3795 LED 驅(qū)動(dòng)器在 AM 頻帶上的傳導(dǎo) EMI 測(cè)量值。正常 (無(wú)擴(kuò)展頻譜時(shí)) 工作模式在開關(guān)頻率及其諧波上產(chǎn)生高能量尖峰。由于這些尖峰，該設(shè)計(jì)在汽車等 EMI 敏感型應(yīng)用中可能無(wú)法滿足嚴(yán)格的 EMI 要求。為參考方便，CISPR 25 Class 5 汽車傳導(dǎo) EMI 限制也顯示在圖 2 中。圖 3 顯示在更寬的頻帶上擴(kuò)展頻譜的效果。
圖 2：當(dāng)采用 LT3795 的擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制時(shí)，AM 頻帶上的傳導(dǎo) EMI 峰值降低了 3dBµV 至 6dBµV。CISPR25 Class 5 AM 頻帶限制也顯示在圖中，以供參考。
圖 3：LT3795 150kHz 至 30MHz 傳導(dǎo) EMI 尖峰的頻譜分析儀掃描圖顯示，在很寬的頻率范圍內(nèi)，EMI 尖峰幅度減小了。
既然在 300kHz 至 580kHz 之間沒有限制，那就會(huì)有一個(gè)極好的地方放置基頻。在這個(gè)應(yīng)用中，基頻放置在 450kHz，并向下擴(kuò)展至 300kHz。簡(jiǎn)單地通過(guò)將 RAMP 引腳接地，就可以停用擴(kuò)展頻譜功能。
RAMP 引腳處的 6.8nF 電容器將擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制信號(hào)設(shè)定至速率為 1kHz 的三角波，也就是，LT3795 的工作頻率每毫秒一次，從 300kHz 掃至 450kHz 再掃回來(lái)。增加 1kHz 三角波擴(kuò)展頻譜信號(hào)對(duì) LED 紋波電流的影響可以忽略不計(jì)，如圖 4 所示。
圖 4：諸如 LT3795 中所采用的擴(kuò)展頻譜對(duì) LED 的亮度沒有可察覺的影響。當(dāng)與無(wú)擴(kuò)展頻譜 (a) 比較時(shí)，在圖 1 設(shè)置 1kHz 擴(kuò)展頻譜掃頻對(duì) LED 紋波電流 (b) 的影響可忽略不計(jì)，而且其頻率太高以致人眼感覺不到閃爍。
之所以選擇 1kHz 的調(diào)制頻率，是因?yàn)槠渥銐虻停晌挥?LT3795 的帶寬之內(nèi)，同時(shí)又足夠高，可大幅衰減 AM 頻帶的傳導(dǎo) EMI 尖峰。進(jìn)一步降低調(diào)制頻率會(huì)使 AM 頻帶內(nèi)的尖峰衰減劣化，這種情況或許對(duì)分類的影響最大。擴(kuò)展頻譜調(diào)制頻率選擇更高頻率似乎不影響 EMI 尖峰衰減。頻率高于 100Hz 的信號(hào)人眼就察覺不到。
無(wú)閃爍 PWM 調(diào)光
運(yùn)用與 PWM 信號(hào)不同步的擴(kuò)展頻譜電源，有可能降低 EMI，但是開關(guān)頻率與 PWM 信號(hào)的差頻有可能在 LED 中產(chǎn)生可見閃爍。當(dāng)使用 PWM 調(diào)光時(shí)，LT3795 內(nèi)部產(chǎn)生的擴(kuò)展頻譜斜坡信號(hào)與 PWM 周期同步。這樣就可以提供可重復(fù)、無(wú)閃爍的 PWM 調(diào)光，即使在 1000:1 的高調(diào)光比時(shí)也不例外。
圖 5 比較了兩種擴(kuò)展頻譜解決方案的 PWM 調(diào)光電流波形：一個(gè)采用了正在申請(qǐng)專利的 LT3795 擴(kuò)展頻譜至 PWM 同步方法，另一個(gè)則沒有采用。所捕獲的兩個(gè)波形都是用無(wú)窮持續(xù)產(chǎn)生的，圖中顯示，1% PWM 調(diào)光波形有幾個(gè)周期是重疊的。圖 5a 顯示了 LT3795 擴(kuò)展頻譜工作對(duì) PWM LED 電流的影響。該波形是逐周期一致的，從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)閃爍工作。圖 5b 顯示用一個(gè)可比較而非 LT3795 擴(kuò)展頻譜解決方案所得的結(jié)果。接通時(shí)波形的逐周期變化導(dǎo)致 LED 平均電流變化，這在高調(diào)光比時(shí)就成了 LED 閃爍。
圖 5: 兩種擴(kuò)展頻譜 LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案及其對(duì) PWM 調(diào)光影響的比較。無(wú)窮持續(xù)示波器波形顯示了重復(fù)和重疊的 PWM LED 電流波形。在 (a) 中，正在申請(qǐng)專利的 LT3795 擴(kuò)展頻譜方法產(chǎn)生了逐周期一致的 LED PWM 接通時(shí)間波形。結(jié)果是以高調(diào)光比實(shí)現(xiàn)了無(wú)閃爍工作。(b) 中的波形顯示了用一個(gè)可比較而非 LT3795 擴(kuò)展頻譜 LED 驅(qū)動(dòng)器所得的結(jié)果。在后一種情況下，沒有 LT3795 那樣的擴(kuò)展頻譜至 PWM 同步，LED 電流波形在不同周期是不一致的，在高 PWM 調(diào)光比時(shí)產(chǎn)生了可察覺的閃爍。
請(qǐng)注意，未采用 LT3795 專利方法的擴(kuò)展頻譜驅(qū)動(dòng)器 IC 或許因擴(kuò)展頻譜而明顯降低了 EMI，但是閃爍可能仍然存在。必須觀察 LED 或 LED 電流波形，以了解閃爍是否存在。在采用 LT3795 的情況下，傳導(dǎo) EMI 掃描結(jié)果和 LED 電流的示波器波形都很好。
防短路升壓
圖 1 所示 LT3795 升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)器是防短路的。高壓側(cè) PMOS 斷接不僅用于 PWM 調(diào)光，而且當(dāng) LED+ 端短路至地時(shí)，用于短路保護(hù)。當(dāng)輸出電流過(guò)大和 LED+ 電壓過(guò)低時(shí)，獨(dú)特的內(nèi)部電路監(jiān)視器斷開斷接 PMOS，并報(bào)告 LED 短路故障。
類似地，如果 LED 串去掉或開路，那么該 IC 就限制其最高輸出電壓，并報(bào)告 LED 開路故障。
多拓?fù)浣鉀Q方案
LT3795 可用來(lái)以升壓設(shè)置驅(qū)動(dòng) LED，如本文所示。如果 LED 串的電壓與輸入電壓范圍之間的關(guān)系需要時(shí)，該器件也可采用降壓模式、降壓-升壓模式、SEPIC 和反激式拓?fù)洹Ｋ型負(fù)涠季邆渫瑯拥臄U(kuò)展頻譜和短路保護(hù)。LT3795 甚至可以配置為具備擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制的恒定升壓或 SEPIC 電壓穩(wěn)壓器。
結(jié)論
LT3795 是一款 110V、通用 LED 驅(qū)動(dòng)器 IC，具備內(nèi)置的擴(kuò)展頻譜頻率調(diào)制以降低 EMI。這樣一來(lái)，就簡(jiǎn)化了必須通過(guò)嚴(yán)格 EMI 測(cè)試的 LED 應(yīng)用之設(shè)計(jì)。擴(kuò)展頻譜僅需要單個(gè)電容器，而且與基于外部時(shí)鐘的擴(kuò)展頻譜解決方案不同，可在 PWM 調(diào)光時(shí)使 LED 無(wú)閃爍工作。短路保護(hù)在所有拓?fù)渲卸伎捎茫瑥亩乖?IC 成為適用于驅(qū)動(dòng)汽車 LED 的堅(jiān)固和強(qiáng)大之解決方案。 |
