20A LED 驱动器提供准确度为 ±3% 的满标度电流检测 以适合多种应用-电路图讲解-电子技

ADI公司电源产品部设计工程组负责人 Josh Caldwell电源产品部应用工程师 Walker Bai   快速发展的 LED 照明应用正在取代几乎所有传统形式的照明应用。随着这种转型的加速，LED 驱动器的功率需求也提高了，如果不牺牲效率，那么电流越大，保持电流检测准确度就越难。LED 驱动器必须保持电流检测准确度，同时快速向多个独立的 LED 负载提供电流，并能够并联连接和准确均流。   

 有些高功率 LED 具有独特的机械和电气考虑，其正极电连接至导热的后饰片。在采用降压稳压器配置的传统 LED 驱动器中，热管理是通过冷却底盘来实现的，至后饰片的正极连接线会产生一个机电设计难题。后饰片必须具有至散热器的良好导热性，但也必须与之保持电隔离 (如果后饰片上的电压与底盘不同)。由于 LED 制造商改变生产工艺或封装是很困难的，因此 LED 驱动器本身必须迎接该设计挑战。   一种选项是使用四开关正降压-升压型 LED 驱动器，但是额外的开关 MOSFET 增加了系统复杂性和成本。负输出降压-升压型拓扑仅采用一组开关功率 MOSFET，且允许正极与散热器直接 (电) 连接，从而免除了在散热器上增设电隔离器的需要，并简化了系统的机械设计。   

 为了满足高性能要求，LT3744 可配置为同步降压型或负输出降压-升压型控制器，以超过 20A 的连续电流驱动 LED 负载。LT3744 的电源输入可以接受 3.3V 至 36V 电压。作为降压型转换器使用时，该器件在 0V 直至电源电压范围内调节 LED 电流。作为负输出降压-升压型转换器使用时，LT3744 可在 0V 直至 20V 的输出电压范围内准确地调节 LED 电流。   在满标度范围内，模拟电流调节准确度为 3%，甚至在 1/20 标度时，准确度也好于 ±30%。LT3744 有 3 个独立的模拟和数字控制输入以及 3 个补偿及栅极驱动输出，适合多种 LED 配置。通过分离电感器电流检测和 LED 电流检测，LT3744 可配置为降压型或负输出降压-升压型控制器。为了便于系统设计，所有输入信号都以电路板地 (SGND，信号地) 为基准，从而无需复杂的分立式电平转换器。   在负输出降压-升压型配置中，LED 的总体正向电压可以高于输入电源电压，从而允许用低压电源驱动高压 LED 串。当出于 PCB 功率密度考虑，需要分散组件功耗时，LT3744 还可以方便地并联，以驱动很大的 LED 脉冲负载电流或 DC 负载电流。  

高准确度电流检测 LT3744 采用一个高准确度电流调节误差放大器，可实现总电流控制范围的 1/20 之准确模拟调光。在总体数字 PWM 调光范围有限的应用中，或者在需要非常大的调光范围的应用中，这个特点至关重要。例如，在 100Hz PWM 调光频率和 1MHz 开关频率时，LT3744 能够实现 1250:1 PWM 调光，还可以与 20:1 模拟调光相结合，以使总体调光范围扩大到 25000:1。   图 1 显示了当模拟控制输入为 0V 时，随温度变化 LT3744 失调电压的生产一致性，在这里，典型器件数量为 380 个。凭借误差放大器的低失调，控制环路在 1/20 标度模拟调光时，能够实现 ±10% 的典型准确度。图 2 显示了当控制输入等于 1.5V 时，稳定电压在多个 LED 电流检测引脚上的分布。满标度范围的准确度好于 ±3%，这相当于在 60mV 满标度调节电压时准确度为 ±1.8mV。

 图 1：VCTRL = 0V 时，LT3744 中的 LED 电流调节放大器之典型失调电压为 ±300µV NUMBER OF UNITS：器件数量 380 TYPICAL UNITS：典型情况为 380 个器件 REGULATED VLED_ISP – VLED_ISN VOLTAGE：稳定的 VLED_ISP – VLED_ISN 电压 

 图 2：在满标度电流和 VCTRL = 1.5V 时，LED 电流调节环路的典型准确度为 ±1.7%。  

无闪烁性能 衡量 LED 驱动器性能的最重要指标之一是 LED 电流在 PWM 调光时的恢复速度。在 PWM 接通信号上升沿之后的头几个开关周期中，驱动器的表现对最终产品的质量有很大影响。LT3744 采用专有 PWM、补偿和时钟同步技术，提供无闪烁性能，甚至在驱动 LED 至 20A 电流时也是如此。   图 3 显示了用 12V 电源向红光 LED 提供 20A 电流时，在 5 分钟时间内 LED 电流的恢复情况。开关频率为 550kHz，电感器为 1µH，PWM 调光频率为 100Hz，接通时间为 10µs (1000:1 调光比)。图中显示了大约 3 万个调光周期，在开关波形中无抖动，每个恢复开关周期都是相同的。    

 图 3：LT3744 提供无闪烁 LED 调光 10V/DIV：每格 10V 5-MINUTE PERSISTENCE：持续 5 分钟   在 3 种不同稳定电流之间高速调光 在投影系统中，让光源更快速地接通可以减少定时限制。而定时限制减少，又可以提高影像更新率，从而可以提供分辨率更高的影像，并减轻快速移动的白色物体之彩虹效应。LT3744 能够在不到 3 个开关中期中，在不同的输出电流状态之间过渡。   LT3744 有 3 种稳定电流状态，因此色彩混合系统设计师可以决定每个 LED 的色温。通过色彩混合可以实现很高的色彩准确度，以纠正 LED 色彩的不准确性，消除生产系统导致的各种偏差。LT3743 有小电流和大电流两种状态，LT3744 有 3 种电流状态，因此所有 3 种色彩 (RGB) 的 LED 都能够以它们各自的光输出相互混合，以独立地矫正 LED 的色彩。   图 4 显示了一个 24V 输入 / 20A 输出单 LED 驱动器，该驱动器提供 3 种不同的稳定电流，这些电流由 CTRL 上的模拟电压和 PWM 引脚的数字状态决定。请注意，既然 RS 仅用于限制电感器峰值电流和提供绝对过流保护，那么这个电阻器的准确度就不必很高，这降低了系统成本。  

图 4：LT3744 能够以 3 种不同的电流值驱动单个 LED 20A MAXIMUM：最大值为 20A BLUE：蓝光   3 种不同电流状态之间的 PWM 调光如图 5 和图 6 所示。在图 5 中，PWM 信号顺序接通和断开。PWM3 的优先级最高，PWM1 则最低。这允许单一输入信号快速转换，以改变输出电流。如图 6 所示，PWM 输入信号之间可以有任意长短的时间间隔。    

 图 5：LT3744 在 3 种稳定电流状态之间转换，断开时间不到 3 个开关周期。

 图 6：不同电流状态可以在任何时间接通 (状态之间具有或没有时间间隔)                                          

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各位工程师在工业通讯现场最担心遇到什么？通信干扰！CAN隔离模块能够有效解决CAN总线通信干扰问题，且较分立器件方案使用更简便。本文为大家总结CAN隔离模块在使用中需要注意的细节，帮助大家搭建更可靠的CAN总线网络。   

 “隔离”是模块为CAN节点设备提供可靠数据传输的首要保障，通常隔离模块的“隔离”是指模块上电后，能为节点提供信号隔离及电源隔离，隔离电压等级以2500VDC、3500VDC为主。本文将从CAN隔离模块的前级电源保护、后级接地、总线保护电路以及实际组网四个层面出发，全方面的介绍模块的使用细节，帮助大家搭建稳定、可靠的CAN总线网络。

   1.前级电源保护 模块的初级接口是面对控制信号部分，供电电源通常与CAN控制器或MCU保持一致，这种情况下电源端口建议增加10μF滤波电容。有些应用是模块的电源和总线一起传输过来，比如20个节点中每个节点的电源和CAN信号线一起布线，节点共用一个电源，或模块没有单独的稳压供电电源，这种情况必须为模块电源增加TVS保护及滤波电容，并且确保电源与信号共地，如下图1所示。

 图1  电源保护  

2.后级接地 一般在短距离，干扰小的场合，可将CAN收发器的CANG悬空处理。但在实际现场应用中CAN总线组网绝大多数采用屏蔽双绞线，此时需要对屏蔽层接地。若接地节点为金属机壳，且该节点的初级系统已经接地，这种情况下CAN端口的屏蔽层应该通过一个1000pF电容接地，电容耐压值大于模块隔离耐压。电路示意如图2所示。  

图2  CAN端口接地示意图   3.总线保护电路 模块CAN接口面对总线，需要更高的浪涌及静电防护等级。CTM系列模块CAN接口裸机可承受±4kV静电及共模±2kV浪涌。若需要更高的等级可以增加浪涌防护电路。常用的有以下两种保护电路，图3、图4中的TVS管等效结电容约为500~1000pF。

图3  桥式保护电路

 图4  普通保护电路   图3为桥式电路，特点是等效节点电容小，测量各线之间电容小于20pF，该电路适用于CAN总线节点数较多，通信速率较高的场合。   

 图4所示的普通电路等效节点电容则更大，测量各线之间电容为800pF左右，该电路适用于低速通信场合。   共模电感：对总线共模干扰大，设备EMI要求高的场合，尤其是汽车行业的应用总线采用51μH的共模电感可有效解决问题。加入共模电感带来的问题便是引入谐振干扰。当收发器的总线信号上升下降时间较短时，共模电感与总线分布电容产生谐振，影响通讯，比如在CAN FD应用场合，这种谐振会影响总线的正常通讯。图5为CTM5MFD模块采用ID段1Mbps，数据段2Mbps速率通讯，加入保护电路的波形，其中绿色为加入共模电感的波形，粉红色为无共模电感的波形。    

 图5  浪涌电路加入电感波形对比   除了总线分布参数带来的影响外，模块本身的CAN差分信号也会影响谐振电压幅值。CAN收发器满足以下两个条件，可有助于降低谐振电压幅值。   1)CANH、CANL信号要同步，且对称性好；   2)CANH、CANL构成的差分电压信号上升、下降斜率小；  

4.实际组网。 通用CAN隔离模块多数有显性超时保护，模块的最低波特率被限制为40kbps，模块组网时最大通信距离应为1公里。当总线通信最大波特率确定后，组网的总线长度及分支长度应不超过表1限制。  

表1  不同波特率下的网络长度   普通应用组网可参考CTM系列隔离收发器数据手册中已经给出的推荐组网方式，即采用单层屏蔽双绞线。下面给出采用双层屏蔽双绞线的参考组网方式。这种方式为三线传输方式，传输效果及抗干扰性最好。组网时双绞线外屏蔽层单点接大地，内屏蔽层及双绞线连接每个收发器的CANG 、CANH、CANL，每个CAN节点的CANG通过1000pF电容接设备机壳。

图6  三线传输组网示意图                                        

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