大电流LED驱动器LTC3454

近年来，手机不断更新，其功能越来越多，除了主要的通话功能外，还可发送、接收短信、照相、听音乐，甚至于可上网、看电影，真是神通广大。此外，手机还能用作手电筒，虽然说这功能没有什么新奇，但很实用。能实现此功能的就是凌特公司最近推出的大电流白光led驱动器ltc3454，它除了在手机照像时用作闪光灯外，还可在减小电流时用作可调光的手电筒。

ltc3454可用1节锂离子电池（2.7～4.2v）供电，能以1a的电流驱动白光led作闪光灯。在电池的电压v_bat大于led的正向压降v_f时，它工作于降压模式；若电池电压下降，v_batf时，它自动以升压模式工作，并且有高的效率以延长电池使用时间。

ltc3454的特点

ltc3454的内部是一种开关型升/降压式dc/dc转换器。该器件主要特点：输入电压v_in可以在大于、小于或等于led的正向压降v_f条件下工作，延长了电池在两次充电之间的工作时间；采用同步整流升压及同步整流降压技术，提高了转换效率：在手电筒工作模式时，其效率大于90%；在闪光灯模式时，其效率大于80%；输入电压范围宽，2.7～5.5v；输出电流大，连续输出电流可达1a；驱动功率led的电流可编程，并可通过外部来调节，实现调光；编程的电流精度可达3.5%；内部有软启动，有led开路及短路保护；固定1mhz开关频率；有关闭驱动器控制，在关闭状态时耗电几乎为零；有过热保护及输入低电压锁存功能；小尺寸散热增强型10引脚dfn封装（3mm×3mm）；工作温度-40～+85℃。

应用领域主要是手机、数码相机、pda等处，还可用于矿灯、应急灯及强光手电筒。

引脚排列及功能

ltc3454的引脚排列如图1所示，各引脚的功能如表1所示。

图1 ltc3454的引脚排注


表1 ltc3454引脚功能详解

主要参数

ltc3454的主要参数：输入电压v_in=2.7～5.5v；工作电流典型值为825μa；关闭状态时耗电小于1μa；低压锁存时耗电5μa（输入低压锁存阈值电压约2v）；v_en1、v_en2的高电平阈值为 0.68～1.2v，v_en1、v_en2低电平阈值为 0.2～0.68v；调节后的最大输出电压v_out=5.15v(典型值)；振荡器频率fsw=1mhz；软启动时间典型值为200μs。

工作原理简介

ltc3454内部结构可分成两个部分：升/降压dc/dc转换器分及led电流设定电路部分。

1. 升/降压dc/dc转换器部分
   
   升/降dc/dc转换器部分的结构框图2所示。它主要由4个功率mosfet组成a、b、c、d4个开关（a、d为p-mosfet，c、d为n-mosfet）、控制电路、栅极驱动电路、误差放大器（其反相端输入的电压是led的电流i_led×电流检测电阻r的值；同相端输入的电压是led的设定电流i_set×电流检测电阻r的值）。
   
   
   
   图2 dc/dc部分具体结构
   
   
   误差放大器输出的电压v_c与dc/dc转换器工作状态有关：当v_in>v_f,i_led×r>i_set×r,使误差放大器输出电压v_c<1.55v时，则dc/dc转换器工作于降压模式，如图3所示。此时，开关d导通、开关c关断；受v_c控制的pwm信号使开关a、b轮流导通。在这种情况下，其电路可简化成如图4所示的降压式电路。a是开关管，b是同步整流管。
   
   
   
   图3 dc/dc转换器工作模式
   
   
   
   
   
   图4 降压模式dc/dc简化电路
   
   
   当v_inf,i_led×rset×r，使误差放大器输出电压v_c>1.65v，则dc/dc转换器工作于升压模式，如图3所示。此时，开关a导通、开关b关断；受v_c控制的pwm信号使开关c、d轮流导通。在这种情况下，其电路可简化成如图5所示的升压式电路。c是开关管，d是同步整流管。
   
   
   
   图5 升压模式dc/dc简化电路
   
   当v_in≈v_f时，误差放大器输出电压v_c在1.55～1.65v范围内，它处于升/降压模式，即可能是升压模式，也可能是降压模式。
   
   从图3中可看出，在v_inf时或v_in>v_f时，转换器处于升压模式或降压式，由误差放大器的输出电压v_c来改变pwm的占空比（d），使led流过的电流i_led接连设定的led电流i_set。
   
2. led电流设定部分
   
   led电流是通过在iset1端设1个r_iset1及在set2端设1个r_iset2来设定的。这部分的电路框图如图6所示。它由led电流设定放大器1、led电流设定放大器2、基准电压源（0.8v）、两个n-mosfet及电流镜电路等组成。
   
   电流镜的比值是1:3850，其一路流出电流为i，而另一路则是3850i。i这电流分成两路：i_iset1及i_iset2，并且有i=i_iset1+i_iset2的关系。i_iset1通过n-moseft(q1)、经r_iset1流入地，i_iset2通过q2、经r_iset2流入地。i_iset1与r_iset1的关系为：i_iset1=0.8v/r_iset1
   
   同样，i_iset2与r_iset2的关系为：i_iset2=0.8v/r_iset2
   
   则i为：i=0.8v(1/r_iset1+1/r_iset2)
   
   从图6中可看出，当有i流入r_iset1及r_iset2时，就有3850i流入r，则误差放大器同相端的电压等于3850i×r。误差放大器反相端的电压等于i_led×r，按同相端的电压与及相端相等的原理。
   
   
   
   图6 led控制电路
   
   
   i_led×r=3850i×r
   
   i_led=3850i=3850×0.8v(1/r_iset1+1/r_iset2)
   
   在要求一定的iled时，可取合适的riset1及riset2来满足。如果要求的iled<500ma，则只要用1个r_iset1或r_iset2即可。如果选择r_iset1,则i_set2可悬空，en2可接地。则
   
   i_led=3850×0.8v/r_iset1

应用电路

1. 有闪光灯及手电筒功能的白光led驱动电路
   
   图7是一种有闪光灯及手电筒功能的白光led驱动电路。该电路由1节锂离子电池供电，设r_iset1=20.5kω,r_iset2=3.65kω,则在en1及en2施加不同的电平，led有关断及三种不同电流i_led，如表2所示。
   
   
   
   图7 有闪光灯及手电筒功能的白光led驱动电路
   
   
   表2 三种模式下的led电流值
   
   
   150ma可用作手电筒用时的iled，850ma可作闪光灯用的电流。若要求闪光灯有更大的电流时，
   
   en1=en2=1，则iled=1a.
   
   在en1=0、en2=1时，
   
   i_led=3850×0.8v(1/20.5k)=150ma
   
   在en1=1、en2=0时，
   
   i_led=3850×0.8v(1/3.65k) = 843.8ma
   
   在en1=1=en2=1时，
   
   i_led=150ma+843.8ma≈1000ma
   
   图7中，led用的是lumileds公司型号为lxl-pwf1的led，电感器l1用的是sumida公司型号为cdrh6d28-5ronc的。
   
2. 由3节镍氢电池驱动iled=500ma的电路
   
   一种由3节镍氢电池驱动白光led，使i_led=500ma电流的电路如图8所示。在图8中，在i_set1端设了 619kω电阻，由en1来控制其亮、灭。i_set2悬空，en2接地。led用的是lumiled公司的产品，型号为lxcllw3c；电感器l1是toko公司的a997as-4r7m。
   
   
   
   图8 由3节镍氢电池驱动白光led电路
   
   
   若要求不同的i_led，改变r_iset1的阻值即可。

led的调光

从上面应用电路的介绍中，已知改变isetx端的电阻可改变led的电流i_led，则可改变led的亮度达到调光的目的。实现led调光的方法有4种，如图9所示。

图9 led调光电路

图9-a所示为用电压型dac来实现调光，i_led与v_dac的关系：

i_led=3850(0.8v－v_dac)/r_set

r_set≥r_min (r_min为不使i_led>1a)

图9-b所示为用电流型dac来实现调光，i_led与i_dac的关系：

i_led=3850×i_dac

i_dac≤0.8v/r_min

图9-c所示为用电位器来调光，i_led与电位器电阻r_pot的关系：i_led=3850×0.8v/(r_min+r_pot)

图9-d所示为用pw信号来调光，pwm的频率≥10khz，其iled与pwm的占空比d及幅值电压dv_cc的关系：

i_led=[0.8v-(d%×v_dvcc)]/r_set

用户可根据产品的要求及使用的条件来选择。在图9-d中，原资料未给出电容的容量，可加不同容量来实验确定。