LT3745：十六通道50mA LED驅(qū)動器的深度剖析

在LED驅(qū)動領(lǐng)域，Linear Technology公司的LT3745是一款備受關(guān)注的產(chǎn)品。它集成了16通道LED驅(qū)動器與55V降壓控制器，在大尺寸顯示屏LED背光、單色/多色/全彩LED顯示屏以及LED廣告牌和招牌等應(yīng)用中表現(xiàn)出色。下面，我們就從多個方面對LT3745進(jìn)行詳細(xì)分析。

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一、產(chǎn)品特性

1. 電源輸入與輸出

• 寬輸入電壓范圍：支持6V至55V的電源輸入電壓范圍，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 多通道獨(dú)立輸出：具備16個獨(dú)立的LED輸出，每個通道可驅(qū)動高達(dá)75mA/36V的LED串聯(lián)，且在50mA時LED電流匹配精度可達(dá)±3%（典型值±1%）。

2. 調(diào)光與控制

• 精細(xì)調(diào)光：擁有6位點(diǎn)校正電流調(diào)整和12位灰度PWM調(diào)光功能，可實(shí)現(xiàn)精確的亮度控制。
• 高速接口：采用可級聯(lián)的30MHz串行數(shù)據(jù)接口，方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信和級聯(lián)。

3. 保護(hù)與診斷

• 全面保護(hù)：具備完整的診斷和保護(hù)功能，可檢測單個LED的開路/短路以及過溫故障，并通過串行數(shù)據(jù)接口反饋故障狀態(tài)。

4. 封裝形式

采用40引腳6mm×6mm QFN封裝，體積小巧，適合高密度電路板設(shè)計(jì)。

二、工作原理

1. 啟動過程

當(dāng)EN/UVLO引腳電壓低于0.35V時，LT3745進(jìn)入關(guān)機(jī)模式，幾乎不消耗電流。當(dāng)該引腳電壓高于0.35V時，芯片開始喚醒內(nèi)部偏置電流，生成各種參考電壓，并將電容(C{CAP})充電至6.8V的穩(wěn)壓值。只有當(dāng)EN/UVLO、(VCC)和((V{IN }-V_{CAP }))的欠壓鎖定（UVLO）標(biāo)志都清除后，降壓控制器才開始切換，軟啟動SS引腳被釋放并由12μA電流源充電，使電感電流和輸出LED總線電壓平穩(wěn)上升。

2. 上電復(fù)位（POR）

在啟動過程中，內(nèi)部上電復(fù)位（POR）高信號會阻止串行數(shù)據(jù)接口的輸入信號，并將除194位移位寄存器外的所有內(nèi)部寄存器復(fù)位。當(dāng)芯片完成軟啟動且輸出LED總線電壓達(dá)到正常范圍時，POR信號變?yōu)榈碗娖?，允許串行數(shù)據(jù)接口接收輸入信號。

3. 串行數(shù)據(jù)接口

LT3745的30MHz串行數(shù)據(jù)接口采用新穎的6線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的4線拓?fù)?，它消除了LDI和SCKI信號的全局布線和緩沖插入需求，內(nèi)部平衡了LDI、SCKI和SDI信號的偏斜，外部通過并行布線可輕松平衡LDO、SCKO和SDO信號的偏斜。該接口可實(shí)現(xiàn)同時讀寫的菊花鏈型循環(huán)通信。

4. 恒流源

每個LED通道都有一個本地恒流源，可獨(dú)立調(diào)節(jié)LED電流，不受LED總線電壓(V_{OUT })的影響。推薦的LED引腳電壓范圍為0.8V至3V，在此范圍內(nèi)可獲得較好的負(fù)載調(diào)節(jié)性能。

5. 點(diǎn)校正和灰度數(shù)模轉(zhuǎn)換

• 點(diǎn)校正：ISET引腳的電阻可設(shè)置所有通道的標(biāo)稱LED電流（10mA至50mA），每個通道可通過6位點(diǎn)校正寄存器進(jìn)行獨(dú)立的電流調(diào)整，調(diào)整范圍為標(biāo)稱電流的0.5倍至1.5倍。
• 灰度PWM調(diào)光：每個通道還可通過12位灰度PWM調(diào)光信號進(jìn)行調(diào)制，所有灰度PWM調(diào)光信號同步，周期為4096個PWMCK時鐘周期，占空比從0/4096到4095/4096。

6. 雙環(huán)模擬或控制

開關(guān)頻率可通過連接到RT引腳的電阻在200kHz至1MHz之間編程，也可使用SYNC引腳同步到外部時鐘。每個開關(guān)周期開始時，柵極驅(qū)動器打開外部P溝道MOSFET M1，電感電流通過ISP和ISN引腳之間的檢測電阻采樣，經(jīng)放大后與斜率補(bǔ)償斜坡信號相加，送入PWM比較器的正端。PWM比較器的負(fù)端電平由兩個誤差放大器(G{M 1})和(G{M 2})之一設(shè)置，(G{M 1})將FB引腳電壓調(diào)節(jié)到1.205V，(G{M 2})將最小有效LED引腳電壓調(diào)節(jié)到0.7V。

7. 自適應(yīng)跟蹤加預(yù)充電技術(shù)

該技術(shù)將灰度PWM調(diào)光周期分為跟蹤階段和預(yù)充電階段。在跟蹤階段，(G{M 2})控制輸出LED總線電壓，使其適應(yīng)最小有效LED引腳電壓，降低功耗；在預(yù)充電階段，(G{M 1})將輸出LED總線電壓調(diào)節(jié)到FB編程的最大值，確保下一個灰度PWM調(diào)光周期有較短的最小LED導(dǎo)通時間。

三、應(yīng)用信息

1. 編程最大(Vout)

在啟動和預(yù)充電階段，自適應(yīng)跟蹤加預(yù)充電技術(shù)將(V{OUT })調(diào)節(jié)到最大值，在跟蹤階段將其自適應(yīng)降低以保持最小有效LED引腳電壓約為0.7V。最大(Vout)應(yīng)設(shè)置得足夠高，以確保所有LED引腳電壓高于0.8V，可通過以下公式計(jì)算： [V{OUT(MAX) }=0.8 V+n cdot V{F(MAX)}] 其中，(n)為每個LED串中的LED數(shù)量，(V{F(MAX)})為在最高工作電流和最低工作溫度下的最大LED正向電壓。

(VOUT(MAX))通過輸出和FB引腳之間的電阻分壓器進(jìn)行編程，電阻值計(jì)算公式為： [R{FB 2}=R{FB 1}left(frac{V_{OUT(MAX) }}{1.205 V}-1right)] 建議使用1%精度的電阻，以減少反饋電阻的公差對輸出電壓的影響。

2. (V_{IN })電源輸入范圍

LT3745的電源輸入范圍為6V至55V，最小輸入電壓(V{IN(MIN) })還需考慮(V{IN })和ISN引腳之間的2.1V最小壓差，計(jì)算公式為： [V{IN(MIN)}=V{OUT(MAX) }+2.1 V]

3. 選擇開關(guān)頻率

開關(guān)頻率的選擇需要在效率和元件尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡。低頻操作可降低MOSFET開關(guān)損耗和柵極電荷損耗，提高效率，但需要更大的電感和電容值。最高開關(guān)頻率(f{SW(MAX)})可通過以下公式計(jì)算： [f{SW(MAX)}=MINleft(frac{D{MIN}}{t{ON(MIN)}}, frac{1-D{MAX}}{t{OFF(MIN)}}right)] 其中，最小占空比(D{MIN})和最大占空比(D{MAX})由以下公式確定： [D{MIN }=frac{V{OUT(MIN)}+V{D}}{V{IN(MAX)}+V{D}} and D{MAX}=frac{V{OUT(MAX)}+V{D}}{V{IN(MIN)}+V{D}}] (t{ON(MIN)})為最小開關(guān)導(dǎo)通時間（約200ns），(t{OFF(MIN)})為最小開關(guān)關(guān)斷時間（約120ns），(V{OUT(MIN)})為最小自適應(yīng)輸出電壓，(V{IN(MAX)})為最大輸入電壓，(V_{D})為續(xù)流二極管正向電壓（約0.5V）。

4. 開關(guān)頻率設(shè)置和同步

LT3745的開關(guān)頻率可通過RT引腳到地的電阻在200kHz至1MHz之間編程。使用SYNC引腳可將振蕩器同步到外部頻率，同步頻率范圍也為200kHz至1MHz，建議將內(nèi)部開關(guān)頻率設(shè)置為比同步頻率低約20%。

5. 電感電流檢測電阻(R_{S})和電流限制

電流檢測電阻(R{S})用于監(jiān)測ISP和ISN引腳之間的電感電流，其值可通過以下公式估算： [R{S}=frac{35 mV}{I{OUT(MAX) }}] 其中，(I{OUT(MAX) })為最大輸出負(fù)載電流。

6. 電感選擇

電感的關(guān)鍵參數(shù)包括電感值、直流或均方根電流、飽和電流和DCR電阻。電感值和開關(guān)頻率決定了電感的峰峰值紋波電流(Delta I{L})，一般建議(Delta I{L})為最大輸出負(fù)載電流的20%至50%。電感的直流或均方根電流額定值應(yīng)大于最大輸出負(fù)載電流，飽和電流應(yīng)高于最大電感電流，DCR電阻應(yīng)小于0.1Ω。

7. 功率MOSFET選擇

外部P溝道MOSFET M1的重要參數(shù)包括漏源擊穿電壓(V{(BR)DSS})、最大連續(xù)漏極電流(I{D(MAX)})、最大柵源電壓(V{GS(MAX)})、總柵極電荷(Q{G})、漏源導(dǎo)通電阻(R{DS(ON)})和反向傳輸電容(C{RSS})。(V{(BR)DSS})應(yīng)大于(V{IN(MAX) })加上(V{D})，(I{D(MAX)})應(yīng)大于最大電感電流，(V{GS(MAX)})應(yīng)至少為10V。內(nèi)部調(diào)節(jié)器的最大電流能力限制了可提供的最大(Q{G(MAX)})： [Q{G(MAX)}=frac{22 mA}{f{SW}}] 為了實(shí)現(xiàn)最大效率，應(yīng)盡量減小(R{DS(ON)})和(C{RSS})。

8. 續(xù)流二極管選擇

續(xù)流二極管D1的重要參數(shù)包括峰值重復(fù)反向電壓(V{RRM})、正向電壓(V{F})和最大平均正向電流(I{F(AV)})。(V{RRM})應(yīng)大于(V_{IN(MAX) })，建議使用快速開關(guān)的肖特基二極管，以降低功耗和提高效率。

9. 電容選擇

• (C_{IN })電容：輸入旁路電容(C{IN})的電壓額定值應(yīng)大于(V{IN(MAX) })，其電容值可通過以下公式計(jì)算： [C{IN}=frac{D{MAX} cdot I{OUT(MAX)}}{Delta V{IN} cdot f{SW}}] 其中，(Delta V{IN})為最大輸入紋波電壓，建議選擇100mV作為起始值。
• (C{VCC})和(C{CAP})電容：通常，(C{VCC})可選擇10μF 10V額定的陶瓷電容，(C{CAP})可選擇0.47μF 16V額定的陶瓷電容。
• (C_{OUT })電容：輸出電容的電壓額定值應(yīng)大于(VOUT(MAX))，其值應(yīng)根據(jù)以下公式計(jì)算： [C{OUT }=MAXleft(frac{0.25}{R{S} cdot f{UGF}}, frac{1.5}{V{OUT(MAX) } cdot R{S} cdot f{UGF}}right)] 其中，(f_{UGF})為單位增益頻率，設(shè)置為開關(guān)頻率的1/10。在對聲學(xué)噪聲敏感的應(yīng)用中，建議使用低ESR的鉭電容或鋁電容。

10. 欠壓鎖定（UVLO）和關(guān)機(jī)

LT3745有三個帶滯后的UVLO閾值，分別用于EN/UVLO、(VCC)和CAP引腳。只有當(dāng)這些引腳的電壓都超過各自的典型閾值（1.31V、2.89V和4.9V）時，芯片才會開始工作。EN/UVLO引腳可接受數(shù)字輸入信號來啟用或禁用芯片，也可通過連接到(VIN)和地之間的電阻分壓器來編程電源輸入(VIN)的UVLO閾值。

11. 軟啟動

軟啟動期間，SS引腳電壓使電感電流和輸出電壓平穩(wěn)上升。典型的軟啟動周期可通過以下公式計(jì)算： [t{SS}=frac{C{SS} cdot 1 V}{12 mu A}] 其中，(C_{SS})為連接在SS引腳的電容。

12. 設(shè)置標(biāo)稱LED電流

標(biāo)稱LED電流通過ISET引腳和地之間的單個電阻(R{ISET })進(jìn)行編程，計(jì)算公式為： [I{LED(NOM)}=frac{V{ISET }}{R{ISET }} cdot 2500] 其中，(V{ISET })為ISET引腳的電壓，已調(diào)整為精確的1.205V。(I{LED(NOM)})必須設(shè)置在10mA至50mA之間。

13. 設(shè)置點(diǎn)校正

每個通道的LED電流可通過6位點(diǎn)校正設(shè)置進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，調(diào)整范圍為標(biāo)稱LED電流的0.5倍至1.5倍，計(jì)算公式為： [I{LEDn }=I{LED(NOM)} cdotleft(frac{DC{n}+32}{64}right)] 其中，(I{LEDn})為第n個LED的電流，(DC{n})為第n個編程的點(diǎn)校正設(shè)置（(DC{n}=0)至63）。

14. 設(shè)置灰度

LT3745可通過12位灰度PWM調(diào)光對每個通道的亮度進(jìn)行獨(dú)立調(diào)整，亮度級別(GS %)的計(jì)算公式為： [GS{n} %=frac{GS{n}}{4096} cdot 100 %] 其中，(GS{n})為第n個編程的灰度設(shè)置（(GS{n}=0)至4095）。

15. 開路/短路LED故障檢測

LT3745具有獨(dú)立的LED故障診斷電路，可檢測每個通道的開路和短路LED故障。開路LED標(biāo)志在LED引腳電壓低于0.35V（典型值）且初始500ns消隱期間設(shè)置，短路LED標(biāo)志在LED引腳電壓高于LED總線電壓(V_{OUT })的75%時設(shè)置。如果某個LED通道短路，該通道將被關(guān)閉以消除不必要的功耗。

16. 熱保護(hù)

LT3745有兩個過溫閾值：一個是固定的內(nèi)部熱關(guān)斷閾值，當(dāng)結(jié)溫超過165°C時，芯片進(jìn)入熱關(guān)斷模式；另一個是通過(T{SET})引腳和地之間的電阻(R{TSET})編程的閾值。當(dāng)(V{PTAT})高于(V{TSET})時，設(shè)置過溫標(biāo)志(OT =1)，芯片將逐漸降低標(biāo)稱LED電流以限制總功耗。

17. 級聯(lián)設(shè)備和確定串行數(shù)據(jù)接口時鐘

在大型LCD背光或LED顯示系統(tǒng)中，多個LT3745芯片可輕松級聯(lián)。大型顯示系統(tǒng)的最小串行數(shù)據(jù)接口時鐘頻率(f{SCKI})可通過以下公式計(jì)算： [f{SCKI}=N{LT3745} cdot 194 cdot f{REFRESH}] 其中，(N{LT3745})為LT3745芯片的數(shù)量，(f{REFRESH})為整個系統(tǒng)的刷新率。

18. 計(jì)算功耗

芯片內(nèi)部的總功耗可通過以下公式計(jì)算： [P{TOTAL }=V{IN } cdotleft(I{VIN }+f{SW } cdot Q{G}right)+V{C C} I{V C C}+sum{n=0}^{15} GS{n} % cdot I{LEDn } cdot V{LEDn } cdot V{LEDn }] 其中，(I{VIN})為電源輸入(VIN)的靜態(tài)電流，(I{VCC})為(V{CC})的電源電流，(V{LEDn })為第n個通道的LED引腳電壓。根據(jù)總功耗(P{TOTAL})，可計(jì)算結(jié)溫(T{J})： [T{J}=T{A}+P{TOTAL } cdot theta{JA}] 應(yīng)確保(T_{J})低于最大工作結(jié)溫125°C。

四、典型應(yīng)用電路

文檔中給出了兩個典型應(yīng)用電路示例，分別是16通道LED驅(qū)動器，500kHz降壓，每通道1個LED，25mA至75mA，100Hz 12位調(diào)光；以及16通道LED驅(qū)動器，1MHz降壓，每通道10個LED，25mA至75mA，500Hz 12位調(diào)光。這些電路展示了LT3745在不同應(yīng)用場景下的具體配置和元件選擇。

五、相關(guān)產(chǎn)品

Linear Technology公司還提供了一系列相關(guān)的LED驅(qū)動產(chǎn)品，如LT3746、LT3476、LT3486等，這些產(chǎn)品在通道數(shù)量、輸出電流、調(diào)光比例等方面各有特點(diǎn)，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇