為了滿足緊湊型電子設備日益嚴格的尺寸要求，集成電路(IC)設計人員將外部元件集成到器件內部，以最大程度地減少外部元件數量。在構建所有電子設備所需的各種電路中，縮小DC-DC轉換器的尺寸同樣極具挑戰性，因為它們無處不在（所有設備都需要電源），電源設計人員通常會麵臨這樣一個現實，即縮小解決方案尺寸往往會對性能產生負麵影響。

 

例如，能顯著節省PCB麵積的一種方法是采用單芯片DC-DC轉換器，該轉換器將經過精心選擇的電源開關器件集成到IC封(feng)裝(zhuang)之(zhi)中(zhong)，從(cong)而(er)使(shi)所(suo)需(xu)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)減(jian)少(shao)為(wei)少(shao)量(liang)的(de)無(wu)源(yuan)器(qi)件(jian)。在(zai)許(xu)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)

，與(yu)外(wai)部(bu)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)控(kong)製(zhi)器(qi)設(she)計(ji)相(xiang)比(bi)，緊(jin)湊(cou)型(xing)設(she)計(ji)最(zui)終(zhong)會(hui)帶(dai)來(lai)不(bu)需(xu)要(yao)的(de)結(jie)果(guo)，即(ji)在(zai)更(geng)小(xiao)的(de)空(kong)間(jian)中(zhong)增(zeng)加(jia)了(le)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)，從(cong)而(er)產(chan)生(sheng)更(geng)高(gao)的(de)溫(wen)升(sheng)。為(wei)了(le)避(bi)免(mian)產(chan)生(sheng)的(de)熱(re)量(liang)水(shui)平(ping)造(zao)成(cheng)困(kun)擾(rao)，選(xuan)擇(ze)合(he)適(shi)的(de)單(dan)片(pian)式(shi)DC-DC轉換器對於設計緊湊高效的電源係統至關重要。

 

2 MHz單芯片4開關降壓-升壓DC-DC轉換器和LED驅動器

 

LT3942是ADI公司非常通用的單芯片降壓-升壓穩壓器IC之一。該升壓-降壓轉換器能夠應對在創建靈活緊湊的DC-DC轉換器解決方案的同時不會犧牲性能的挑戰。LT3942將四個40 V/2 A電源開關、兩個柵極驅動器自舉二極管及其所有的控製和驅動器電路集成到一個4 mm × 5 mm小型QFN封裝中。由於具有高達2 MHz工作開關頻率能力

，因此可以最大程度地減小外部元件的尺寸，節省PCB空間，同時為各種DC-DC轉換器提供了高帶寬工作性能。

 

圖1.這款基於LT3942的演示電路(DC2404A)展示了一種高性能、緊湊型DC-DC穩壓器解決方案
，專門用來在這種情況下驅動LED。

 

LT3942具有與LT8390A/LT8391A係列降壓-升壓控製器IC相同的峰值電流模式控製方案，並且能夠在2開關升壓、4開關降壓-升壓（升壓-降壓）和2開關降壓工作模式之間無縫轉換。轉換器監測並比較其輸入和輸出電壓，以確定正確的工作模式。當PVIN:PVOUT的比率發生變化並迫使轉換器轉換模式時
，LT3942保持穩壓作用
，同時可以在開關對之間智能切換控製。

 

除了通過多種PVIN:PVOUT組合來調節輸出電壓之外，LT3942還可以配置為調節輸入或輸出電流

，以用於恒定電流調節應用。來自ISMON引yin腳jiao的de電dian流liu監jian控kong反fan饋kui提ti供gong了le一yi個ge與yu實shi測ce電dian流liu成cheng比bi例li的de緩huan衝chong電dian壓ya輸shu出chu，從cong而er允yun許xu連lian接jie的de電dian路lu監jian控kong實shi測ce的de電dian流liu水shui平ping。這zhe種zhong調tiao節jie電dian流liu或huo電dian壓ya的de能neng力li使shiLT3942非常適合用作LED驅動器
、緊湊型電池充電器、微型太陽能電池板供電的轉換器或通用穩壓器。

 

14 V、1 A LED驅動器

 

圖1顯示了基於LT3942的緊湊型LED驅動器的完整評估電路。該解決方案能夠為四個（最高14 V）串聯的一串白光LED提供1 A電流。最大功率輸出的輸入電壓範圍為7 V至36 V，低工作電流時可降至4 V，非常適合未穩壓的汽車輸入電源。該解決方案中的LT3942的工作開關頻率為2 MHz，因此可以使用相對較小的電感和電容。所以完整的LED驅動器解決方案適合15 mm × 15mm 的PCB尺寸，所有元件都位於電路板的同一麵（包括IC）。

 

該解決方案還具有高帶寬工作性能
，可以快速調節輸出電流。當在降壓模式下工作時
，LT3942使用外部PWM源對LED進行100 Hz無閃爍調光
，從而實現高達5000:1的調光比。

 

如果沒有外部PWM源
，也可以使用其內部PWM調光功能實現LT3942調光。內部調光提供高達128:1的調光功能，無需任何外部PWM信號源
，僅需一個電阻即可設置調光頻率，以及一個直流電壓來控製輸出電流的占空比。與大多數Power by Linear™的LED驅動器一樣，LT3942還具有模擬調光功能
，通過在CTRL引腳上施加直流電壓可提供高達20:1的模擬調光。可以將模擬和PWM調光組合使用，以實現比單獨使用任何一種方法更高的有效調光比。

 

圖2.DC2404A利用LT3942創建了一個緊湊型14 W LED驅動器應用，可在寬輸入範圍提供穩定的輸出電流。

 

圖3.LT3942的高帶寬工作性能有助於LED照明應用在寬動態亮度範圍內實現高比率PWM調光。無需EMI濾波器，DC2404A在120 Hz時可實現高達4000:1的調光，而在100 Hz時則可實現高達5000:1的調光。

 

展頻用於降低EMI峰值

 

為了幫助創建一個低噪聲DC-DC轉換器係統，LT3942內置一個可選展頻(SSFM)功能。SSFM一旦啟用，會在由RT電阻設置的值至高達25%deewaikaiguanpinlvzhijiansaomiaokaiguanpinlv。gaisaomiaodongzuokeyizaikuanpinpufanweineifensanyoukaiguanyinqidefushe，erbushijiangzhexiefushejizhongzaizhaidaizhong
，congerjiangdizhengtideEMI峰值。SSFM與輸入和輸出EMI濾波器結合使用時，有助於降低寬頻率範圍內的EMI
，從而更易於設計符合輻射標準的係統。

 

12 V、1 A穩壓器

 

LT3942不隻限於驅動LED。它是一款功能強大的緊湊型穩壓器，非常適合解決從寬範圍未穩壓電源產生穩定輸出的問題。圖4中所示的12 V、1 A穩壓器設計與圖2中的14 W LED驅動器解決方案相似，但做了一些小改動。與LED驅動器應用一樣，穩壓器可以在很寬的輸入電壓範圍內維持輸出調節
，可在電壓低至7 V的條件下提供全輸出功率，並在電壓低至4 V的條件下維持低輸出功率工作。

 

圖4中的效率曲線表明
，即使工作開關頻率為2 MHz時，LT3942 12 V穩壓器也具有接近95%的出色峰值效率
，而在其大多數輸入電壓範圍內的效率為85%或更高。即使以其總輸出功率的十分之一為其輸出供電，也可保持80%以上的效率，這表明該器件在輕負載條件下仍可高效運行。

 

LT3942的電流檢測和控製特性使其不僅適合於LED調光控製
，而且也能在需要電壓調節和電流控製的其他情況下出色地工作。將檢測電阻配置在輸出端時，可以很輕鬆地將LT3942配置用作緊湊型恒流、恒壓電池充電器。對於具有嚴格輸入電流限製的應用，例如由小型電池、電容組或光伏電池供電的電路
，可以將監測電阻移至穩壓器的輸入側，從而為係統提供輸入電流限製和監控。LT3942可從CC模式無縫轉換為CV模式（反之亦然）
，確保輸入和/或輸出始終穩定。

 

圖4.配置為12 W穩壓器的LT3942在寬輸入範圍內具有出色的電壓調節和負載效率特性。

 

汽車順序點亮轉向信號和裝飾性照明

 

在zai新xin型xing豪hao車che和he高gao性xing能neng汽qi車che上shang常chang見jian的de動dong畫hua式shi順shun序xu點dian亮liang轉zhuan向xiang信xin號hao燈deng正zheng在zai迅xun速su普pu及ji，逐zhu步bu取qu代dai傳chuan統tong的de閃shan爍shuo式shi指zhi示shi燈deng。早zao期qi的de順shun序xu點dian亮liang轉zhuan向xiang信xin號hao的de實shi現xian采cai用yong多duo個ge降jiang壓ya轉zhuan換huan器qi或huo線xian性xing穩wen壓ya器qi為wei轉zhuan向xiang信xin號hao燈deng組zu中zhong的deLED供電，導致解決方案複雜、相對低效且過於龐大
，極大地限製了照明設計的應用領域。減少所需功率IC的數量，使用單個高效器件，是擴大照明設計人員選擇範圍的明顯方式。

 

單個轉換器解決方案需要的器件能夠對各種LED組合（照明設計中會出現從所有LED點亮到單個LED點亮
，以及介於前兩者之間的各種其他組合）的串電壓維持輸出調節。隨著動畫燈在連接的LED的各種配置中變化時
，輸入電壓會高於、低於或等於輸出電壓。這種類型的應用需要一個升壓-降壓轉換器
，該轉換器可以智能地選擇工作模式並在工作模式之間無縫轉換，同時維持輸出調節。LT3942的降壓-升壓拓撲和高帶寬工作性能使它能夠輕鬆操縱這些變化而不會出現毛刺。

 

圖5所示的順序點亮轉向信號設計采用LT3942從汽車電池以330 mA電流為八個LED供電
，並可選擇為一串琥珀色LED（用於轉向信號燈操作）、一串白色LED（用於日間行車燈）或其他裝飾性照明（用於前燈/尾燈設計中）供電。

 

圖5.在順序點亮轉向信號應用中
，每次點亮一個LED，從而迫使DC-DC轉換器迅速適應新的PVIN：PVOUT組合。這對LT3942來說不是問題，因為它可在順序點亮轉向模式期間從升壓、降壓-升壓
、降壓工作模式無縫轉換
，從而確保在各種模式下維持穩定的LED電流。

 

微控製器充當用戶輸入的轉向信號與照明係統之間的接口。這使照明設計人員（或最終用戶，如果需要的話）能夠完全控製執行LED動畫順序點亮所需的所有時序和信號，並且可以控製在任何給定時間為哪種顏色的LED燈串供電。

 

在此設計中，在順序點亮模式期間，每次向燈串導入一個轉向信號LED，以產生轉向信號。當LED由微控製器添加到燈串時，LT3942維持對輸出電流的調節
，以保持一致的光亮度。在所有LED都點亮之後，LT3942停止開關操作

，並拉低輸出電壓，使轉換器設置為下一個順序點亮周期做好準備。當轉向信號未使用時，微控製器重新連至裝飾照明LED串，並繼續等待轉向信號用戶輸入，這將兩種照明功能組合到一個LED驅動器解決方案中。

 

小結

 

電子設備迫使工程師不斷尋求更小的集成器件
，以滿足日益增長的空間受限需求。LT3942單芯片降壓-升壓轉換器和LED驅動器集成了眾多可節省空間的特性，以解決空間受限的電氣設計難題
，同時不會犧牲性能。其單芯片設計和2 MHz的工作開關頻率縮小了解決方案的尺寸，使其能夠適用於緊湊的PCB設計中。該器件具有高度靈活性
，既可以用作恒流調節器，也可以用作恒壓調節器，適合各式各樣的應用。

 

對於需要低噪聲電源以滿足嚴格EMI要求的設計，LT3942的SSFM功能有助於降低傳導發射和電磁輻射騷擾，其便捷的IC封裝引腳排列可實現緊湊的開關熱環路。這些特性以及寬輸入範圍
，可在設計人員麵臨緊湊型電源需求時
，簡化他們的工作。

 

作者簡介

 

Kyle Lawrence是ADI公司的應用工程師。他負責設計和測試各種DC-DC轉換器
，包括針對低EMI汽車應用的4開關降壓-升壓穩壓器和LED驅動器。他2014年畢業於加州大學聖克魯茲分校，獲電氣工程學士學位。聯係方式：kyle.lawrence@analog.com。

 

 

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