LT3922：高性能同步升压 LED 驱动器的卓越之选

在电子工程师的日常工作中，选择一款合适的 LED 驱动器至关重要。ADI 公司的 LT3922 同步升压 DC/DC 转换器，凭借其出色的性能和丰富的功能，成为了众多工程师在设计 LED 驱动电路时的理想选择。下面，我们就来详细了解一下 LT3922 的特性、工作原理、应用以及相关设计要点。

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一、LT3922 的特性亮点

精准的电流和电压调节

LT3922 具备 ±2.5% 的 LED 电流调节精度和 ±2% 的输出电压调节精度，能够为 LED 提供稳定、精准的电流和电压，确保 LED 发光的稳定性和一致性。这对于对光照质量要求较高的应用场景，如汽车和工业照明、机器视觉等，尤为重要。

出色的调光性能

它支持 5000:1 的 PWM 调光（100Hz）和 128:1 的内部 PWM 调光，能够实现大范围的亮度调节，满足不同场景下的光照需求。无论是需要高亮度照明的工业环境，还是需要低亮度氛围照明的场所，LT3922 都能轻松应对。

低 EMI 设计

采用 Spread Spectrum Frequency Modulation（扩频频率调制）和 Silent Switcher® 架构，有效降低了电磁干扰（EMI）。在当今对电磁兼容性要求越来越高的电子设备中，这一特性能够减少对其他设备的干扰，提高整个系统的稳定性。

宽输入电压范围和多模式工作

支持 2.8V 至 36V 的输入电压范围，并且可以在升压、降压和降压 - 升压模式下工作，适应不同的电源环境和负载需求。这使得 LT3922 在各种应用场景中都具有很强的通用性。

完善的保护功能

具备开路/短路 LED 保护和故障指示功能，能够及时检测并处理 LED 出现的故障情况，保护驱动器和 LED 不受损坏。同时，还具有热关断功能，当芯片温度过高时自动停止工作，确保系统的安全性。

二、工作原理剖析

LT3922 采用固定频率峰值电流控制方法，通过精确调节功率开关的占空比，来准确控制通过 LED 串的电流。其内部包含两个功率开关、它们的驱动器以及一个为顶部开关驱动器供电的二极管。在每个开关周期开始时，可编程振荡器开启底部开关，使电感电流上升。当电感电流超过 (V_{C}) 引脚电压设定的目标值时，峰值电流比较器关闭底部开关，电感电流下降。

LED 电流由 CTRL 引脚的电压编程设定。模拟 - 数字检测器和控制缓冲器将 CTRL 引脚的直流电压或脉冲占空比转换为电流调节放大器的输入，该放大器将实际 LED 电流与期望电流进行比较，并相应地调整 (V_{C}) 引脚的电压。

当 FB 引脚电压高于内部 1.2V 参考电压时，电压调节放大器会覆盖电流调节放大器，通过外部电阻网络监测 LED 串电压，防止 LED 串过压。

此外，ISP、ISN 和 FB 引脚电压还用于检测开路和短路等故障情况，当检测到故障时，FAULT 引脚会被拉低以报告故障。同时，通过连接到 SS 引脚的外部电阻，可以选择故障响应方式，如打嗝重启或锁存关闭。

三、应用信息及设计要点

编程 LED 电流

LT3922 主要通过 CTRL 引脚来调节 LED 串中的电流。LED 电流需通过一个串联电流检测电阻，电流调节放大器通过 ISP 和 ISN 引脚检测该电阻两端的电压，并将其调节到由 CTRL 引脚编程设定的水平。当使用 100mΩ 电流检测电阻时，可编程的最大电阻电压为 100mV，对应通过 LED 串的电流为 1A。

CTRL 引脚既可以连接到 (V_{REF}) 引脚（提供精确的 2V 参考电压）以实现最大电流，也可以使用 250mV 至 1.25V 的直流电压来编程较低的电流水平。此外，CTRL 引脚还能接收数字脉冲信号，其高电平需大于 1.6V，低电平需小于 0.4V，频率需在 10kHz 至 200kHz 之间，LED 电流将随脉冲占空比变化。

为了在 LED 温度升高时降低电流，可以在 (V_{REF}) 到 CTRL 的网络中使用负温度系数（NTC）电阻。

设置开关频率

开关频率由连接在 RT 引脚和 GND 之间的电阻编程设定。从 45.3k 到 499k 的 (R_{T}) 电阻值可以将开关频率从 2MHz 调整到 200kHz。较高的频率允许使用更小的外部组件，但会增加开关功率损耗和辐射 EMI；较低的频率则相反。

同步开关频率

开关频率也可以同步到连接到 SYNC/SPRD 引脚的外部时钟。外部时钟的高电平必须至少为 1.5V，频率需在 200kHz 至 2MHz 之间。在这种情况下，仍然需要 RT 电阻，其阻值应对应外部时钟的频率。如果外部时钟停止，LT3922 将依靠 (R_{T}) 电阻来设置频率。

启用扩频频率调制

将 SYNC/SPRD 连接到 (INTV _{CC}) 可以启用扩频频率调制（SSFM），开关频率将在由 RT 电阻设置的频率和该频率的 125% 之间变化，从而有效降低电磁干扰。如果不需要同步或 SSFM 功能，应将 SYNC/SPRD 连接到 GND。

选择电感

LT3922 在整个占空比内将电感峰值电流限制在最小 2A，且无次谐波振荡。因此，选择电感值时，必须确保在所需的输入电压范围内，电感峰值电流低于该限制。例如，在输出为 30V、LED 电流为 300mA、输入范围为 8V 至 25V、开关频率为 2MHz 的应用中，根据相关公式计算，假设效率为 90%，最小电感值约为 2µH。同时，应选择具有低磁芯损耗和低直流电阻的电感，并且能够承受电感峰值电流而不饱和。为了减少辐射噪声，建议使用屏蔽电感。

选择输入电容

输入电容用于提供电感纹波电流和 PWM 调光操作中产生的瞬态电流。一般来说，一个 10µF 的陶瓷电容足以提供这些非稳态电流，应将其放置在靠近电感的位置。如果可能，还可以在 (VIN) 引脚附近放置一个额外的 1µF 陶瓷电容，以提高抗噪能力。建议使用 X7R 陶瓷电容，因为它们在宽电压和温度范围内通常能更好地保持电容值。

如果输入电源具有高阻抗，或者由于长导线或电缆存在显著电感，则可能需要额外的大容量电解电容。低 ESR 的陶瓷输入电容与电流路径中的寄生电感可能会形成高 Q 值的 LC 谐振电路，导致电容电压升高至输入电压的两倍。而较高 ESR 的电解电容可以最小化这种谐振现象。

稳定调节环路

LT3922 使用内部误差放大器将 LED 电流和输出电压调节到用户编程的值。误差放大器的输出阻抗和连接到 (V{C}) 引脚的外部补偿电容 (C{C}) 构成控制环路的主导极点。与 (C{C}) 串联的补偿电阻 (R{C}) 形成左半平面（LHP）零点，有助于在瞬态操作期间更好地调节 LED 电流和输出电压。对于大多数 LED 应用，(C{C}) 和 (R{C}) 的初始值可以分别选择 1nF 和 10k。

选择和放置输出电容

输出电容需要具有非常低的 ESR，以减少输出纹波。将多个低 ESR 的陶瓷电容并联是降低 ESR 的有效方法。在升压转换器中，这些输出电容的纹波电流额定值应大于 SW 引脚最大电流的一半。同样建议使用 X7R 陶瓷电容。

为了充分利用 LT3922 降低 EMI 噪声的特性，(Vout) 应使用三个电容进行旁路。(COUT1) 和 (C{OUT2}) 为 0402 - 0.47µF 的陶瓷电容，应尽可能靠近 LT3922 的 (V{OUT }) 和 GND 引脚放置；(COUT3) 应选择尺寸和值较大的电容，典型应用中推荐使用 1206 - 4.7µF 的陶瓷电容。

选择用于 PWM 调光的 MOSFET

PWM 调光通过控制 LED 电流的脉冲宽度来调节亮度，同时不改变光的颜色，并且可以实现更精细的亮度调节。LT3922 的 PWMTG 驱动器专为高压 PMOS 开关设计，用于对 LED 串进行有效的 PWM 调光。

选择 PMOS 时，其漏源电压额定值应大于最大输出电压，以防止在 LED 串开路时因输出电压升高而损坏器件。大多数情况下，栅源电压额定值应至少为 10V，但当最大输出电压始终小于 10V 时，该额定值只需等于或大于输出电压即可。此外，PMOS 的漏极电流额定值必须超过编程的 LED 电流，在满足这些条件的前提下，主要考虑的电气参数是导通电阻。

选择用于内部 PWM 调光的 RP 电阻

如果 RP 引脚连接到 GND，则 PWM 引脚的外部脉冲宽度调制信号将控制 LED 负载的 PWM 调光。当外部 PWM 信号不可用时，LT3922 可以通过 RP 引脚的电阻设置内部 PWM 信号的频率，并通过 PWM 引脚的直流电压设置占空比，从而实现内部 PWM 调光。RP 电阻应选择表中列出的七个值之一，每个值对应一个独特的 PWM 频率与开关频率的比值。

使用内部 PWM 信号时，应将 PWM 引脚的电压设置在 1V 至 2V 之间。当 PWM 电压低于 1V 时，PWMTG 驱动器关闭；当高于 2V 时，驱动器开启。在 1V 至 2V 之间，有 128 个均匀间隔的阈值，对应 0% 至 100% 的离散 PWM 占空比。为了稳定电压，应在 PWM 引脚附近放置一个 1µF 的陶瓷电容接地。

监测 LED 电流

ISMON 引脚提供了对 ISP 和 ISN 引脚之间电压的放大和缓冲监测，内部放大器的增益为 10，速度足以跟踪脉冲宽度调制的 LED 电流。通过一个电阻 - 电容网络对 ISMON 电压进行滤波，可以监测平均 LED 电流。电阻应至少为 10k，电容的大小可以根据需要选择，而不会影响内部放大器的稳定性。

选择 FB 电阻

在输出电压和 FB 引脚之间应选择两个电阻形成一个网络，该网络构成电压调节环路的一部分。当 FB 引脚电压接近 1.2V 时，LT3922 将覆盖编程的 LED 电流，调整电感电流以降低输出电压，并将 FB 引脚电压限制在 1.2V。因此，该电阻配置决定了最大输出电压。

通过这种方式，LT3922 也可以配置为电压调节器。为了避免干扰电流调节，应选择反馈电阻，使得在 LED 导通时 FB 引脚电压低于 1.14V。

理解 FB 过压锁定

尽管有电压调节环路，但 FB 引脚电压仍可能暂时超过 1.2V 限制。当 LED 串开路且输出电压接近最大值时，反馈环路可能需要较长时间来调整电感电流，从而导致输出过充。为了快速响应过压情况，当 FB 引脚电压超过 1.266V 的 FB 过压锁定阈值时，LT3922 将立即停止开关操作，关闭外部 PMOS 开关，断开 LED 串。

在 LT3922 作为电压调节器运行时，如果负载电流迅速减小，FB 过压锁定阈值可能会经常被超过。此时，开关暂停可以限制输出过冲，并确保电压尽快恢复到调节范围内。为了安全运行，应选择 (R{FB 1}) 和 (R{FB 2}) 的值，以确保当 FB 引脚电压为 1.266V 时，输出电压不大于 40V。

开路 LED 故障检测和响应

由 (R{FB 1}) 和 (R{FB 2}) 形成的电阻网络还定义了开路 LED 故障条件的判断标准。当 FB 引脚电压大于 1.14V，同时 ISP 和 ISN 引脚之间的电压差小于 10mV 时，检测到开路 LED 故障。故障发生时，内部器件将 FAULT 引脚电压拉低，由于内部没有上拉电路，因此需要在 (INTV _{CC}) 和 FAULT 引脚之间连接一个外部电阻。这种配置允许多个 FAULT 引脚和其他类似引脚连接并共享一个电阻。

短路 LED 故障检测和响应

LT3922 通过三种检测方案来防止可能损坏 LED 和驱动器的过大电流：

1. ((V{ISP } - V{ISN }) > 150 mV) 持续超过 300µs；
2. ((V{ISP } - V{ISN }) > 700 mV)（典型值）；
3. (V{OUT } < (V{IN } - 2 V))。

如果检测到任何一种情况，LT3922 将立即停止开关操作，关闭外部 PMOS PWM 开关，拉低 FAULT 引脚，并使用 SS 引脚启动故障响应程序。FAULT 引脚将保持低电平，直到器件成功重启。

软启动和故障模式

SS 引脚具有两个功能。首先，它允许用户通过连接外部电容 (C{SS}) 到 GND 来编程输出启动电压的上升速率。内部 20µA 电流将 SS 引脚电压拉向 (INTV {CC})，产生一个线性上升的电压。该电压迫使 LT3922 调节 FB 引脚电压以跟踪 SS 引脚电压，直到 (V_{OUT }) 足够高，能够以命令的电流水平驱动 LED。

其次，SS 引脚还用作故障定时器。在检测到短路 LED 故障后，内部 2µA 电流将 SS 引脚电压拉低。用户可以通过是否使用从 SS 引脚到 (INTV {CC}) 的上拉电阻 (R{SS}) 来配置两种不同的故障响应模式：锁存关闭和打嗝模式。使用 470k 或更小的 (R{SS}) 时，LT3922 将锁存关闭，直到用户通过切换 EN/UVLO 引脚强制复位；不使用 (R{SS}) 时，LT3922 进入打嗝模式，2µA 电流将 SS 引脚电压拉低至 0.2V，此时 20µA 上拉电流再次开启，将 SS 引脚电压升高。如果在 SS 引脚电压达到 1.7V 时故障条件仍未消除，2µA 下拉电流源将再次开启，开始另一个循环，直到故障清除。典型的 (C_{SS}) 值为 10nF。

编程 EN/UVLO 和 OVLO 阈值

当 EN/UVLO 引脚电压低于 1.33V 或 OVLO 引脚电压高于 1.205V 时，LT3922 将停止开关操作，禁用 PWMTG 驱动器，并重置软启动。可以使用外部电压源设置 EN/UVLO 和 OVLO 引脚的电压，以启用或禁用 LT3922。也可以在 (V{IN }) 和这些引脚之间放置电阻网络，以设置 (V{IN }) 电压的工作范围。

热关断规划

当内部温度过高时，LT3922 会自动停止开关操作。温度限制保证高于器件的正常工作温度。在热关断期间，所有开关操作停止，SS 引脚被强制拉低，通过 PWMTG 驱动器断开 LED。为了有效散热，封装底部的暴露焊盘必须焊接到接地平面，并在封装正下方放置过孔。

印刷电路板（PCB）设计

在 PCB 设计中，应尽量减小 LT3922 输出电容 (C{OUT1 }) 和 (C{OUT2 }) 旁路大开关电流的回路面积，以降低 EMI。输出电容、电感和输入电容应放置在 PCB 的同一侧，并在该层进行连接。

为了提高电流调节精度，应创建一个 Kelvin 接地网络，将其他组件的接地连接与输入和输出电容的接地以及 LED 电流的返回路径分开，仅在暴露焊盘处连接。

此外，在第二层设置一个完整的接地平面可以散热并减少噪声。最小化 SW 和 BST 节点的面积也有助于降低噪声。FB 和 (V{C}) 引脚的走线应尽量短，以减少这些高阻抗节点对噪声的敏感性。外部电流检测电阻到 ISP 和 ISN 引脚的匹配 Kelvin 连接对于电流调节精度至关重要。(INTV CC) 的 2.2μF 电容、(V{REF}) 的 1µF 电容以及 BST 的 33nF 电容应尽可能靠近各自的引脚放置。对于直流输入节点，如 (VIN)、CTRL 和 PWM（用于内部 PWM），应使用旁路电容来减少噪声。同时，应保持 RT 和 RP 节点较小，并远离噪声信号。最后，在 PWMTG MOSFET 的漏极