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_BAT<V_F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_IN<V_F,I_LED×R<I_SET×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_IN<V_F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。