ZXLD1320型 用于LED驱动的Buck型DC-DC变换器 1.5安培输出和电流控制

说明

ZXLD1320是一种感应式DC-DC转换器，带内部开关，设计用于驱动串联的单个或多个LED总输出电流为1.5A。应用程序包括商业和具有输入电压的汽车环境从4V到18V。取决于电源电压和外部部件可提供高达24瓦的输出功率。该设备使用一个变量“on”和“off”峰值可调的时间控制方案开关限流并在降压（Buck）操作模式，提供更高的功率效率和更低的系统成本比传统的PFM电路。该装置包括DC-DC转换器高压侧电流监测器和NPN提供集成电路的开关晶体管解决方案提供小型PCB，具有竞争力成本/性能，高功率效率DC-DC转换和最大LED亮度、可靠性。更重要的是保留设计灵活性以增加客户具体特点。

内部的反馈控制电路

ZXLD1320提供卓越的负载和电流调节，使LED电流非常稳定超过全部工作电压和温度范围。LED电流可从100%调整通过施加直流电，降低至设定值的10%至ADJ引脚的电压降低至1%施加脉冲宽度调制信号。片上LED保护电路也允许输出电流线性降低到预定值以上使用外部TADJ引脚处的热敏电阻。外部电阻设置标称平均LED电流和线圈峰值电流独立。“电源正常”（POK）输出标志保持高在正常运行期间，但如果开关晶体管保持接通超过500μs。这表示电池电量不足，或故障状态。可以使用POK输出驱动LED或MCU的输入。可以通过应用至ADJ引脚的持续低电平直流电压。

特征

降压LED驱动器

4V至18V输入电压范围

高达1.5A的输出电流

典型效率#>85%

用户定义的LED热控制使用外部热敏电阻的输出电流

输入端输出电流稳定性高

电压和温度

12μA典型备用电流

LED电流可从100%调整降到2%

可调软启动

电源“正常”标志输出

可串联驱动4个LED

应用

低压卤素灯更换带LED

大功率LED手电筒

LED备用照明

普通LED照明

汽车照明

电气特性（试验条件：除非另有说明，否则车辆识别号=4V，环境温度=25℃）

DC-DC变换器电源参数

笔记：

（a） 设备的生产测试在25°C下进行。设备的功能运行和规定的参数在-40°C至+通过设计、特性描述和过程控制保证125°。

笔记：

（b） 在脉冲条件下测量。

（c） 该电流通过开关的集电极和发射器进行测量，这些集电极和发射器接地（0V）

（d） 在脉冲条件下测量。峰值电流=Ic

笔记：

（e） 仅系统参数。此值取决于外部组件和电路配置。

设备描述

ZXLD1320是一种降压型电感式DC-DC转换器，带有一个内部开关，设计用于驱动单个或多个LED串联，总输出电流可达1.5A。取决于电源电压（VIN）、LED正向压降（VLED）和电路配置，这可以提供高达24瓦的输出功率。应用范围包括商业和汽车环境，车辆识别号从4到18伏不等。

该装置采用改进的脉冲频率调制（PFM）控制方案，具有可变“开”和“关”时间控制和可调峰值开关电流限制。一般设备操作（参考方框图）正常运行控制是通过感应串联电阻（RM）中的LED电流来实现的，该电阻连接在LED电流监视器的两个输入。这会产生一个比例电流（IMON）来充电外部积分电容器CFB。IMON与参考放电电流平衡（IADJ）由需求驱动的第二个电压-电流转换器的输出产生ADJ引脚上的电压（VADJ）。IMON和IADJ之间的差异通过CFB集成到产生错误电压。比较器取ISENSE引脚电压的总和CFB电压的一小部分，当总和较大时重置驱动开关的锁存器大于50mV。开关晶体管由SR锁存器的输出接通，该锁存器保持设置直到开关晶体管中的发射极电流产生电压降Vsense（=50mV标称值）在外部电阻Rsense中，定义一个50mV/Rsense的预设最大开关电流。运行时，CFB上的上升错误电压将有效降低所需的电压ISENSE引脚，因此在开关周期的早期重置锁存器。这将减少开关的“开启”时间，并将开关中的峰值电流从其预设的最大值降低。类似地，下降的错误电压稍后将重置锁存器，并且峰值开关电流将增加。因此，控制回路在必要时，每个开关周期强制LED电流达到设定值。这会导致准确度，因为LED电流无需误差即可将伺服驱动至所需区域。线圈电流达到峰值所需的时间取决于几个因素：电源电压，特定LED电源所需的峰值线圈电流，以及系统是否以“连续”或“不连续”模式运行。线圈电流允许的时间进入LED的放电由“可变关闭延迟”单稳态固定，其周期被修改通过ADJ引脚上的功率需求信号。这个单稳态决定了闩锁保持复位（关闭），并在较低的功率设置下提供较长的“关闭”时间，帮助将参数保持在可接受的范围内。请注意，“开”和“关”周期由电源电压、LED电源和选择外部组件。因此，频率由这些参数决定不是固定的。500mV参考电压定义了标称VADJ电压，这定义了100%输出电流。对于较低的LED电流，ADJ引脚可由外部直流电驱动电压（50mV<VADJ<500mV）或低频脉冲宽度调制（PWM）波形。

调整销

ADJ引脚通过一个100k电阻连接到内部500伏参考电压（VREF）。这种偏见参考电压和定义100%LED额定电流的ADJ引脚。ADJ引脚可以在外部直流电压介于50mV和500mV之间时过驱动，以降低LED电流在标称值的10%和100%之间成比例。LED电流也可以通过对ADJ引脚施加低频脉冲宽度调制信号来调节打开和关闭设备。这将产生与占空比成比例的平均输出电流控制信号的。

通过将ADJ引脚对地短路或将其拉到低于电压的位置，可以关闭该设备28mV，带有合适的开集电极NPN或开漏NMOS晶体管。在关机状态下，设备内的大部分电路被关闭，剩余的静态电流将一般为12微安。

POK输出

POK输出包括由可再触发的输出驱动的开关晶体管“500微秒单稳态”。操作是这样的，在正常操作期间，POK输出保持高（单稳态触发），但如果主开关晶体管保持开启超过500微秒（单稳态超时）。此输出设计为与微控制器输入接口指示故障或超出范围的情况。它还可用于驱动指示灯LED。LED电流的热控制“热补偿电流”电路产生的源极电流（Itc）为零TADJ上的电压高于75mV，当TADJ降至50mV时，电压增加到100微安。这个电流是求和到控制节点并从需求电流中减去，导致LED电流在这个输入范围内从100%降到零。电位分压器，由一个固定的电阻Rt和NTC热敏电阻Rth介于VREF和接地之间，定义了TADJ上的电压并设置阈值温度。更多详情见申请说明。热控制功能可以通过保持TADJ引脚浮动或通过连接交给弗雷夫。超温停机ZXLD1320包含一个超温关机电路，以保护设备免受模具温度过高造成的损坏，由切换。当模具温度升高时，“超温停机”电路的输出将变高超过150°C（标称值）。这将在正常操作期间关闭到开关的驱动器。当设备冷却到安全水平时，操作将恢复。

应用说明

设定线圈峰值电流线圈中的峰值电流由开关发射器和接地之间的电阻器（Rsense）设置根据

最小峰值电流取决于工作模式、线圈电感和电源电压范围。最大峰值电流不得超过开关的指定值。（见具体应用电路）设置LED电流标称平均LED电流由下式给出

其中RM是连接在引脚MVIN和M_负载之间的外部电阻器。通过施加直流控制电压或PWM控制，可以将该电流调整到较低的值向ADJ引脚发送信号。

直流控制

通过连接可变电阻RADJ，LED电流可以在10%到100%的范围内调节从ADJ引脚到接地，改变ADJ引脚的直流电压。RADJ构成a的下半部分电阻分压器和ADJ和VREF引脚之间的内部100kΩ电阻构成上部部分。因此，对于RADJ，1MΩ的值将提供91%ILED（标称）的最大电流，并且当ADJ引脚上的电压低于28mV时，装置将关闭，对应于RADJ值约为5kΩ。如果需要，可以使用与RADJ串联的端部停止电阻器保持ADJ引脚上的电压高于接通阈值。使用对数电位器的RADJ将给出输出的近似线性变化轴旋转时的电流。（图1）如果需要，可以通过调整LED电流监测电阻器（RM）。内部100k电阻器和RADJ的公差应为计算输出电流时考虑在内。ADJ引脚内部钳制在575mV（标称）电压下，以限制最大平均输出电流约为ILED（标称）的115%。

建议采用200Hz或更低的PWM频率，以将上升和下降引起的误差降至最低转换器输出的次数。

LED电流的热补偿高亮度LED通常需要提供温度补偿电流在高温下保持稳定可靠的运行。这通常是通过当LED温度为高于预先设定的阈值。（图3）

ZXLD1320内部的“热补偿电流”发生器提供必要的热量补偿电流以满足这一要求，使用NTC热敏电阻和电阻器。（图4）

该装置的TADJ管脚的电压阈值为75mV标称值，该阈值来自参考电压VREF。如果TADJ引脚上的电压（VTADJ）保持在阈值以上，则热补偿电流为零，不进行热补偿。但是，如果VTADJ低于阈值，产生热补偿电流（ITC），即与vtaj成比例。ITC被注入控制回路以减少需求电流IADJ，导致控制回路降低LED电流。LED电流将当vtaj低于50mV时，降低到小于设定值的10%。已选择阈值电压将标称阈值设置为105°C，并且设备经过优化，可与标准103KT1608热敏电阻和5k电阻一起工作分隔符。电路详情见应用说明。替代热敏电阻/电阻网络如果在TADJ引脚处呈现给设备的输入电阻与临界温度。如果不需要LED热补偿，则TADJ引脚应连接到VREF以禁用此功能。

电流小于要求值时，控制回路将无法达到要求值。这个计算将给出开关时间和工作频率的概念，但是记住，控制回路将降低峰值电流，以实现精确编程LED电流，这将提高工作频率。一般来说，不连续的模式更容易计算，因为电流可以从零到理论最大值在开启期间和关闭期间降至零。在连续模式下，电流将从某个值开始，因此打开时间将更低，以达到理论最大值和更低值当控制回路将峰值电流降低到最大值以下时仍然如此。

buck LED驱动器的操作当输入电压高于LED电压时使用，此电路具有通相，其中LED和线圈从电源到接地和断相串联，其中线圈电流通过肖特基二极管在发光二极管中循环。因此，LED中的电流流动在接通阶段和至少部分断开阶段。ADJ设置在50mV和500mV之间，分别提供10%和100%的功率。制作R2=0为输出晶体管提供额定50mA的基极电流，使R2=1.68kΩ给10毫安。减小的基础电流将降低电源电流，从而改善低功耗应用的效率。使R1=33mΩ时，线圈电流峰值为1.5安培。内部功率晶体管开启，直到线圈电流达到峰值，这电流也通过LED。此时晶体管关闭，线圈电流通过肖特基二极管D1继续在LED中流动。LED电流由R3感应，控制器对此进行改变，直到R3的下降等于。因此，使R3=100mΩ和VADJ=500mV产生1安培的LED电流，因为500毫伏VADJ在R3上产生100毫伏，等于1安培。使VADJ=10mV时，会出现一个LED电流为100mA，因为50MVVADJ导致R3上的10mV电压下降，等于100mA。功率是由芯片从峰值线圈电流后退来控制的，所以有必要计算线圈的电感和电流保证略高于100%的LED功率，所以电路能有效控制。内部控制回路由C1补偿，C1通常为10nF。如果使用了热敏电阻（R5），当TADJ引脚变低时，电源将逐渐断开。当TADJ引脚高于75mV时，功率为100%，当TADJ引脚达到50mV。使R4=5kΩ，并使用103KT1608热敏电阻，热敏电阻将达到105°C时为869Ω，VTADJ=74mV，开始将LED功率降低到105°C以上125°C热敏电阻将达到547Ω，使VTADJ=50mV，从而产生零功率。这个遗嘱保护LED免受损坏。这些温度值可以由客户通过使用不同的热敏电阻或不同的R4值。如果不需要保护，请留下TADJ引脚开路会使它浮到一个高电压，并始终给出100%。

附加说明

请注意，接通时间是由线圈达到峰值电流所需的时间设置的。这个峰值由控制回路减少以提供所需的LED电源，因此开启时间可以在很大范围内变化范围。最小线圈电流可以是零（不连续操作）或有限（连续操作）取决于电源电压、LED电流和LED电压。休息时间是由内部计时器设置，在100%LED功率（VADJ=500毫伏）下名义上为1.2微秒，增加到10%LED功率下约8微秒（VADJ=50mV）。更长的关断时间和可变峰值电流使电路在保持连续切换的同时变暗LED，而不是“跳过”或失速和连续运行有利于降低电气噪声和消除线圈芯发出的声音。

布局注意事项

与所有开关式直流-直流转换器一样，电流可能很大。使用小电感合理的高电源电压会使电流迅速变化。高dI/dt会导致感应耦合尖峰到相邻轨道。从开相到关相的过渡相位和反向，在功率晶体管开关的地方，集电极上的电压升降迅速地。高dV/dt可导致电容耦合尖峰进入相邻轨道，特别是当它们具有高阻抗。由于这个原因，印刷电路板上的所有磁道都应该很厚，以尽量减少跌落，保持所有部件紧密连接。双面板应与地平面一起使用，以屏蔽轨道并提供良好的各种功能的接地回路和包装上的后外露衬垫应具有适当大小的土地，具有良好的接地连接，以减少由于接地滴和提高热导率。输入去耦电容器C1应非常接近芯片引脚和LED感测电阻器R3应具有开尔文磁道至M_-VIN和M_负载，以实现LED电流测量精度，因为PCB轨迹的电阻与100mΩ电阻相当，因此，如果在R3末端没有连接的电流监视器上进行感应跟踪，将导致测量错误。峰值电流感测电阻器R1的底端应与接地短路，并且开尔文在顶端追踪伊森。这个电阻可能只需要25mΩ和PCB轨道如果轨道不是很短，阻力就相当了。ISENSE是高阻抗输入，所以从这个引脚直接到RSENSE电阻R1的顶部的一个很薄的轨迹仍然会给出一个精确的测量。ADJ引脚应该有短的磁道，因为这是一个相当低的电平信号，控制系统。由于停机需要小于28mV，因此需要闭合接地连接对于下拉式装置，任何接地滴都会提高电位。特别是，如果一个双极性晶体管被用作下拉装置，这将有一个可观的VSAT，这可能是关闭可能性的一半。热敏电阻的底部必须与接地紧密耦合，因为TADJ引脚的变化LED电流从100%到0%，电压变化仅为25毫伏，因此热敏电阻会严重影响热保护电路的精度。