隨著應用設計人員利用LED的獨特特性，對LED驅動器的要求變得越來越苛刻。凌力爾特提供完整的 LED 驅動器產品組合，其性能水平可滿足最具挑戰性的設計要求。這些LED驅動器特別擅長的一個領域是其PWM調光能力的性能和靈活性。LED 可以快速打開和關閉 - 只需納秒即可點亮或熄滅光源。PWM調光利用這一特性實現了幾個數量級的調光，同時在整個動態光強度范圍內保持恒定的輸出光譜。

當考慮到頻率高于20kHz的PWM調光時，可用的LED驅動器的廣泛范圍會縮小很多。為什么是20kHz？盡管大多數LED燈設計人員擔心在PWM頻率低于約100Hz時會出現可察覺的閃爍，但在某些應用中，人眼并不是限制因素;它是人耳。人耳感知高達約20kHz的振動，這在某些應用中可能成為確定PWM頻率的重要因素。多功能 LT3755 和 LT3756 是 LED 控制器精英組的成員，可在 50kHz 時支持 1：20 的非常高的 PWM 調光比。這些控制器支持各種拓撲，包括各種功率水平下的降壓模式、升壓和降壓-升壓。

高性能 PWM 調光

PWM調光方法很簡單;LED在每個PWM周期內由嚴格調節的電流驅動，間隔固定。在關斷階段，LED中的電流為零。在導通階段，電流被仔細調節。重要的是，“導通”電流是一致的，因為LED的輸出光譜是正向電流的函數。PWM信號的占空比對應于調光值。

雖然這個概念很簡單，但設計一個能夠在高PWM頻率下實現這一點的控制器絕非易事。脈沖電流的上升和下降時間應該很快，小于100ns。從任意輸入電壓產生合適的PWM電流脈沖可能是一個挑戰。這通常需要一個高帶寬 DC/DC 轉換器來調節電流，在 LED 兩端安裝一個存儲/濾波電容器來在 PWM 開/關轉換期間提供電流，以及一個斷開開關來確保電流波形具有尖銳的導通和關斷邊沿。

從閉環穩定性的角度來看，遲滯轉換器雖然使用簡單，但存在問題。LED電流上升和下降時間緩慢是使用大值電感器平滑通過LED電流的結果之一，因為沒有輸出電容。由于LED中的平均電流與電感中的紋波電流有關，而紋波電流又對輸入電壓瞬變敏感，因此LED光輸出隨輸入電源而變化。在大多數情況下，此方法無法提供可接受的PWM性能。

什么決定了PWM性能？PWM間隔或頻率由應用決定，有幾個注意事項需要牢記。首先，如果PWM頻率大于120Hz，人眼通常不會感知閃爍，因此間隔的下限通常為8ms。

可實現的調光比是驅動器電路提供的電流脈沖的最小導通和關斷時間的函數。因此，8μs 的最小脈沖可在 1000Hz 時產生 1：120 的調光能力。20kHz的可聽要求是因為陶瓷電容器可以將可聽見的物理振動引入印刷電路板，而這些電容由于其低ESR、堅固性和長期可靠性而在高帶寬轉換器電路中無處不在。陶瓷電容器會隨著施加電壓的變化而物理改變尺寸（以及值），PWM瞬變期間的快速電壓瞬變會導致尺寸的快速變化，從而將振動耦合到電路板中。如果您曾經注意到包含這些電路之一的手持設備旁邊有煩人的嗡嗡聲或嗡嗡聲，那么您已經觀察到了這種效果。

使用與LED串聯的隔離開關大大降低了電壓瞬變，從而降低了輸出電容的嗡嗡聲。雖然良好的設計技術可以極大地降低較低PWM頻率的可聞噪聲，但只要PWM頻率低于20kHz，就不能保證消除可聽發射。許多應用設計人員不想修改聲學，而是更喜歡安靜運行的電路，以完成合理的PWM調光工作。LT?3755 和 LT3756 電流模式開關控制器可配置為幾種不同的轉換器電路，以提供一個高帶寬、良好調節的輸出電流，該電流能夠以短至 1μs 的間隔進行脈沖。

非連續導通模式是最大化PWM性能的秘訣

開/關時間短的關鍵是開關穩壓器在非連續導通模式 （DCM） 下工作。在這種模式下，電感電流在每個開關周期開始時始終從零開始，峰值電感電流由負載決定，并通過開關占空比進行調整。相比之下，連續導通模式（CCM）保持相對恒定的開關占空比，并調整平均電感電流以滿足負載需求。

DCM 在高性能 PWM 調光方面非常出色，因為它可在單個開關周期內向輸出提供所需的能量。這允許控制器繞過 3-4 個開關周期的典型最小 PWM 周期，以達到穩定狀態，這是 CCM 的常見要求。DCM 中的操作對開關組件提出了更高的要求，因為開關組件在給定負載下會看到更高的峰值電流。因此，控制器比單片轉換器更易于使用，因為其最大開關電流可以根據應用需求進行編程，而無需更改應用的功能。

與 CCM 相比，在 DCM 中工作確實是有代價的：效率、輸入電源范圍和模擬調光范圍都會有所降低。最大與最小輸入電源范圍的比值略小于最小PWM脈沖寬度與最小開關導通時間之比。同樣，如果輸入電源是固定的，則最大模擬調光比與最小PWM脈沖與最小開關導通時間之比相同。然而，這種技術的好處是，與連續導通模式相比，最小PWM周期短四到五倍。如果應用需要高PWM調光比，DCM模式提供了實現這一目標的可靠途徑。此處所示的三個采用LT3755構建的應用電路演示了這種技術。

圖1所示為一個9W升壓轉換器，該轉換器采用26V至350V電源調節8V的LED電流，穩定電流為18mA。如果電源固定在 12V，則穩壓器以恒定開關頻率工作，用于由 CTRL 引腳在 125mA 和 1A （2.4W 至 27W） 之間設置的 LED 電流。最小導通時間為 1μs，最小導通時間為 2μs。圖50中的開關波形顯示了在27%占空比、1V/12A負載和1V電源下的工作。請注意LED電流信號的快速上升和下降時間，即使在7A時也是如此。在最大負載下，GATE引腳為1V，持續近3μs（與最小脈沖寬度相同），電感電流在每個GATE脈沖開始之前達到零，這是DCM工作的特征。圖12顯示了90V輸入時的效率與LED電流的關系，峰值略高于<>%。

圖1.這款 10W 升壓 LED 驅動器通過在 50kHz 頻率下實現 1：20 PWM 調光，遠離音頻頻段。較低的PWM頻率會導致陶瓷電容器振動時發出可聞的嗡嗡聲。

圖2.圖 1 中升壓 LED 驅動器的 DCM 操作。

圖3.圖1中升壓LED驅動器的效率大于90%。

圖4所示為降壓模式轉換器，該轉換器采用16V至500V電源調節22V LED串，電流為36mA。該電路具有一個外部電荷泵和電平轉換，用于驅動LED斷路NMOS的柵極。這種電平轉換提供的上升和下降時間比驅動PMOS的熟悉電阻電平轉換要快得多，并且消耗的電流要少得多。圖5中的示波器曲線顯示了幾個占空比下的PWM調光——很明顯，輸出LED電流沒有明顯的變化，因為脈沖寬度在最小導通時間和最小關斷時間之間平滑調整。該8W電路的效率超過90%。

圖4.8W 降壓模式 LED 驅動器，在 50kHz 頻率下具有 1：20 PWM 調光和 90% 的效率

圖5.圖4中降壓模式驅動器的三種PWM調光設置。即使在 33kHz 下，LED 電流在最小占空比到最大占空比之間也沒有明顯變化。

圖6所示為SEPIC轉換器，該轉換器采用1V至20V電源驅動12A、36V LED串。除了提供升壓和降壓能力外，該電路還非常方便，因為它提供輸入-輸出隔離，并內置輸出短路至GND保護。該電路的效率超過87%。與其他電路一樣，最小PWM導通和關斷時間為1μs。圖7顯示了輸出短路故障期間的波形。當開關電流斜坡上升到設定限值 10A 時，輸入電流保持受控狀態，然后跳過接下來的幾個周期，同時 LED 電阻器檢測到的電流斜坡下降到 1.5A。這種電路操作的故障模式可以無限期地持續下去，而不會損壞組件。

圖6.20W SEPIC LED 驅動器，具有 50：1 PWM 調光（20kHz）和輸出故障保護。

圖7.圖6所示的SEPIC轉換器在GND輸出故障期間保持控制。

結論

LT3755 和 LT3756 為一個產生窄至 1μs 的 PWM 脈沖寬度的 LED 控制器提供了無與倫比的性能，從而在高于可聽范圍的頻率下實現了 50：1 的 PWM 調光。其他特性包括 LED 開路保護、LED 開路狀態指示燈以及通過模擬輸入對 LED 電流進行編程。

審核編輯：郭婷