LED驱动器在降低EMI的同时不会增加闪烁

汽车LED 驱动器应该紧凑、高效率且支持无闪烁PWM 调光。这类驱动器不应该在AM 收音机频带及其附近产生很大的传导EMI。不幸的是，高功率开关模式电源本质上不具备低EMI 特性。恒定开关频率会在不少频率上产生显著的EMI 特征，其中包括电源的基本工作频率及其谐波频率。一些EMI 落入AM 频带的可能性很大。
最大限度地减小EMI 峰值的方法之一是，允许开关模式电源(SMPS) 的工作频率覆盖一个范围，也就是扩展频谱开关。扩展频谱开关的预期效果是，降低会在SMPS 基本工作频率及其谐波频率上出现的EMI 峰值，而将EMI 能量扩展到一个范围的频率上。
LED 驱动器SMPS 还有一项附加要求：频率扩展还应该与PWM 调光(亮度控制) 同步，以确保不产生LED 闪烁。
为达到此目的，LT3795 自己产生扩展频谱斜坡信号，并运用一种正在申请专利的方法，使该信号与较低频率PWM 调光输入保持一致。这就消除了扩展频谱频率与PWM 信号相结合，在LED 中产生可见闪烁的可能性，即使在PWM 调光比最高时也一样。

李华瑞

2019-7-25 10:03:08

高功率LED 驱动器
LT3795 是一款高功率LED 驱动器，采用了与LT3756 / LT3796 系列同样的高性能PWM 调光方法，但有一种额外的功能，即提供内部扩展频谱斜坡信号以降低EMI。该器件是一个具4.5V 至110V 输入、0V 至110V 输出的单开关控制器IC，可配置为升压、SEPIC、降压-升压模式或降压模式LED 驱动器。LT3795 在100kHz 至1MHz 开关频率范围内工作，提供LED 开路保护和短路保护，还能够作为具电流限制的恒定电压稳压器或者作为恒定电流SLA 电池或超级电容器充电器工作。
图1 显示了一个效率高达92%、80V、400mA、300kHz ~ 450kHz 的汽车LED 前灯驱动器，该驱动器提供扩展频谱频率调制和短路保护。

图1：80V、400mA汽车LED 驱动器提供内部扩展频谱功能以降低EMI

张婷婷

2019-7-25 10:03:18

内部扩展频谱调制简化设计
与其他高功率LED 驱动器不同，LT3795 自己产生扩展频谱斜坡信号，以产生低于设定开关频率30% 的开关频率调制。这样就降低了传导EMI 峰值，从而减少了对昂贵和笨重的EMI 输入滤波电容器和电感器的需求。
如果在LED 驱动器中用外部或单独的扩展频谱时钟产生开关频率，就可能在PWM 调光时产生可见闪烁，因为扩展频谱频率的变化没有与PWM 周期同步。出于这个原因，在许多高端LED 驱动器应用中，采用扩展频谱方法并非区区小事。如果不采用扩展频谱，设计师就必须依靠笨重的EMI 滤波器、减缓开关边沿(但降低效率) 的栅极电阻器、以及开关减振器和箝位二极管。
图2 比较了扩展频谱功能启动和停用时，LT3795 LED 驱动器在AM 频带上的传导EMI 测量值。正常(无扩展频谱时) 工作模式在开关频率及其谐波上产生高能量尖峰。由于这些尖峰，该设计在汽车等EMI 敏感型应用中可能无法满足严格的EMI 要求。为参考方便，CISPR 25 Class 5 汽车传导EMI 限制也显示在图2 中。图3 显示在更宽的频带上扩展频谱的效果。

图2：当采用LT3795 的扩展频谱频率调制时，AM 频带上的传导EMI 峰值降低了3dBµV 至6dBµV。CISPR25 Class 5 AM 频带限制也显示在图中，以供参考。

图3：LT3795 150kHz 至30MHz 传导EMI 尖峰的频谱分析仪扫描图显示，在很宽的频率范围内，EMI 尖峰幅度减小了。
既然在300kHz 至580kHz 之间没有限制，那就会有一个极好的地方放置基频。在这个应用中，基频放置在450kHz，并向下扩展至300kHz。简单地通过将RAMP 引脚接地，就可以停用扩展频谱功能。
RAMP 引脚处的6.8nF 电容器将扩展频谱频率调制信号设定至速率为1kHz 的三角波，也就是，LT3795 的工作频率每毫秒一次，从300kHz 扫至450kHz 再扫回来。增加1kHz 三角波扩展频谱信号对LED 纹波电流的影响可以忽略不计，如图4 所示。

图4：诸如LT3795 中所采用的扩展频谱对LED 的亮度没有可察觉的影响。当与无扩展频谱(a) 比较时，在图1 设置1kHz 扩展频谱扫频对LED 纹波电流(b) 的影响可忽略不计，而且其频率太高以致人眼感觉不到闪烁。
之所以选择1kHz 的调制频率，是因为其足够低，可位于LT3795 的带宽之内，同时又足够高，可大幅衰减AM 频带的传导EMI 尖峰。进一步降低调制频率会使AM 频带内的尖峰衰减劣化，这种情况或许对分类的影响最大。扩展频谱调制频率选择更高频率似乎不影响EMI 尖峰衰减。频率高于100Hz 的信号人眼就察觉不到。

内部扩展频谱调制简化设计
与其他高功率LED 驱动器不同，LT3795 自己产生扩展频谱斜坡信号，以产生低于设定开关频率30% 的开关频率调制。这样就降低了传导EMI 峰值，从而减少了对昂贵和笨重的EMI 输入滤波电容器和电感器的需求。
如果在LED 驱动器中用外部或单独的扩展频谱时钟产生开关频率，就可能在PWM 调光时产生可见闪烁，因为扩展频谱频率的变化没有与PWM 周期同步。出于这个原因，在许多高端LED 驱动器应用中，采用扩展频谱方法并非区区小事。如果不采用扩展频谱，设计师就必须依靠笨重的EMI 滤波器、减缓开关边沿(但降低效率) 的栅极电阻器、以及开关减振器和箝位二极管。
图2 比较了扩展频谱功能启动和停用时，LT3795 LED 驱动器在AM 频带上的传导EMI 测量值。正常(无扩展频谱时) 工作模式在开关频率及其谐波上产生高能量尖峰。由于这些尖峰，该设计在汽车等EMI 敏感型应用中可能无法满足严格的EMI 要求。为参考方便，CISPR 25 Class 5 汽车传导EMI 限制也显示在图2 中。图3 显示在更宽的频带上扩展频谱的效果。

图2：当采用LT3795 的扩展频谱频率调制时，AM 频带上的传导EMI 峰值降低了3dBµV 至6dBµV。CISPR25 Class 5 AM 频带限制也显示在图中，以供参考。

图3：LT3795 150kHz 至30MHz 传导EMI 尖峰的频谱分析仪扫描图显示，在很宽的频率范围内，EMI 尖峰幅度减小了。
既然在300kHz 至580kHz 之间没有限制，那就会有一个极好的地方放置基频。在这个应用中，基频放置在450kHz，并向下扩展至300kHz。简单地通过将RAMP 引脚接地，就可以停用扩展频谱功能。
RAMP 引脚处的6.8nF 电容器将扩展频谱频率调制信号设定至速率为1kHz 的三角波，也就是，LT3795 的工作频率每毫秒一次，从300kHz 扫至450kHz 再扫回来。增加1kHz 三角波扩展频谱信号对LED 纹波电流的影响可以忽略不计，如图4 所示。

图4：诸如LT3795 中所采用的扩展频谱对LED 的亮度没有可察觉的影响。当与无扩展频谱(a) 比较时，在图1 设置1kHz 扩展频谱扫频对LED 纹波电流(b) 的影响可忽略不计，而且其频率太高以致人眼感觉不到闪烁。
之所以选择1kHz 的调制频率，是因为其足够低，可位于LT3795 的带宽之内，同时又足够高，可大幅衰减AM 频带的传导EMI 尖峰。进一步降低调制频率会使AM 频带内的尖峰衰减劣化，这种情况或许对分类的影响最大。扩展频谱调制频率选择更高频率似乎不影响EMI 尖峰衰减。频率高于100Hz 的信号人眼就察觉不到。

杨波

2019-7-25 10:03:27

无闪烁PWM 调光
运用与PWM 信号不同步的扩展频谱电源，有可能降低EMI，但是开关频率与PWM 信号的差频有可能在LED 中产生可见闪烁。当使用PWM 调光时，LT3795 内部产生的扩展频谱斜坡信号与PWM 周期同步。这样就可以提供可重复、无闪烁的PWM 调光，即使在1000:1 的高调光比时也不例外。
图5 比较了两种扩展频谱解决方案的PWM 调光电流波形：一个采用了正在申请专利的LT3795 扩展频谱至PWM 同步方法，另一个则没有采用。所捕获的两个波形都是用无穷持续产生的，图中显示，1% PWM 调光波形有几个周期是重叠的。图5a 显示了LT3795 扩展频谱工作对PWM LED 电流的影响。该波形是逐周期一致的，从而实现了无闪烁工作。图5b 显示用一个可比较而非LT3795 扩展频谱解决方案所得的结果。接通时波形的逐周期变化导致LED 平均电流变化，这在高调光比时就成了LED 闪烁。

图5: 两种扩展频谱LED 驱动器解决方案及其对PWM 调光影响的比较。无穷持续示波器波形显示了重复和重叠的PWM LED 电流波形。在(a) 中，正在申请专利的LT3795 扩展频谱方法产生了逐周期一致的LED PWM 接通时间波形。结果是以高调光比实现了无闪烁工作。(b) 中的波形显示了用一个可比较而非LT3795 扩展频谱LED 驱动器所得的结果。在后一种情况下，没有LT3795 那样的扩展频谱至PWM 同步，LED 电流波形在不同周期是不一致的，在高PWM 调光比时产生了可察觉的闪烁。
请注意，未采用LT3795 专利方法的扩展频谱驱动器IC 或许因扩展频谱而明显降低了EMI，但是闪烁可能仍然存在。必须观察LED 或LED 电流波形，以了解闪烁是否存在。在采用LT3795 的情况下，传导EMI 扫描结果和LED 电流的示波器波形都很好。

康振清

2019-7-25 10:03:29

防短路升压
图1 所示LT3795 升压型LED 驱动器是防短路的。高压侧PMOS 断接不仅用于PWM 调光，而且当LED+ 端短路至地时，用于短路保护。当输出电流过大和LED+ 电压过低时，独特的内部电路监视器断开断接PMOS，并报告LED 短路故障。
类似地，如果LED 串去掉或开路，那么该IC 就限制其最高输出电压，并报告LED 开路故障。
多拓扑解决方案
LT3795 可用来以升压设置驱动LED，如本文所示。如果LED 串的电压与输入电压范围之间的关系需要时，该器件也可采用降压模式、降压-升压模式、SEPIC 和反激式拓扑。所有拓扑都具备同样的扩展频谱和短路保护。LT3795 甚至可以配置为具备扩展频谱频率调制的恒定升压或SEPIC 电压稳压器。
结论
LT3795 是一款110V、通用LED 驱动器IC，具备内置的扩展频谱频率调制以降低EMI。这样一来，就简化了必须通过严格EMI 测试的LED 应用之设计。扩展频谱仅需要单个电容器，而且与基于外部时钟的扩展频谱解决方案不同，可在PWM 调光时使LED 无闪烁工作。短路保护在所有拓扑中都可用，从而使该IC 成为适用于驱动汽车LED 的坚固和强大之解决方案。
作者：Keith Szolusha，凌力尔特公司

于姝斐

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杨波

康振清

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