LM3402/LM3402HV：适用于高功率LED的0.5A恒流降压调节器
LM3402与LM3402HV是专为驱动大功率LED而设计的单片式降压调节器。这两款器件内置高压侧N沟道MOSFET开关，支持高达735 mA的输出电流，适用于汽车、工业及通用照明等广泛领域。
核心特性
- 集成0.5A N沟道MOSFET
- LM3402输入电压范围：6V至42V
- LM3402HV输入电压范围：6V至75V
- 支持500 mA恒流输出，具备高温耐受性
- 逐周期电流限制机制
- 无需额外补偿即可实现控制回路稳定
- 提供PWM调光及低功耗关机功能
- 兼容全陶瓷输出电容与无电容输出配置
- 集成热关断保护功能
- 提供MSOP-8与PSOP-8封装选项
典型应用场景
- LED驱动电源
- 恒流供电源
- 汽车照明系统
- 通用照明装置
- 工业照明应用
产品概述
LM3402/LM3402HV属于单芯片开关稳压器系列，专门用于为高功率LED提供稳定的恒定电流输出。它们适用于多种照明应用，包括汽车、工业及通用照明系统。
该系列器件通过控制导通时间与外部电阻相结合的滞回控制机制，实现输出电压的灵活调节，从而满足不同数量与配置的LED串联或串并联阵列的恒流供电需求。此外，产品还内置PWM调光、LED断开保护、低功耗关机及热保护等功能。
操作原理
LM3402与LM3402HV均为降压型调节器，支持宽范围输入电压及快速启用/禁用功能。它们适合为正向电流高达500 mA的LED阵列提供恒定电流。
受控导通时间（COT）架构结合滞回模式控制，通过与输入电压成反比的单触发导通定时器实现高效调节。该架构无需小信号控制环路补偿，简化了设计流程。
在连续导通模式（CCM）下，器件能维持稳定的开关频率。同时，具备快速瞬态响应、PWM调光、低功耗关机模式以及简单的输出过压保护。
受控导通时间详解
图1展示了LED阵列电流控制的反馈机制。当电流流经电流设定电阻RSNS时，产生的电压信号VSNS反馈至CS引脚，并与200 mV参考电压VREF进行比较。
一旦VSNS低于VREF，内部比较器即导通功率MOSFET。MOSFET的导通时间由外部电阻RON与输入电压VIN控制，遵循以下公式：
导通结束后，功率MOSFET将保持300纳秒的最小关断时间。随后，CS比较器将再次比较VSNS与VREF，进入下一个周期。
图1. 比较器与单触发机制
在连续导通模式（CCM）下，电感电流在整个周期内保持正值。稳态运行时，转换器维持恒定开关频率，可通过以下公式计算：
注：VF表示每个LED的正向电压，n为串联LED数量。
平均LED电流精度
受控导通时间架构调节ΔVSNS的谷值，用于估算平均LED电流。
谷值电感电流可通过以下公式计算：
其中tSNS为比较器传播延迟，约为220纳秒。
平均电感器/LED电流为IL-MIN加上ΔiL的一半，计算公式如下：
有关ΔiL计算的更多信息，请参考“设计考量”部分。
最大输出电压
最小关断时间为300纳秒，决定了最大占空比DMAX，并进一步确定最大输出电压VO(MAX)，其计算公式为：
在单个串联串中，可放置的最大LED数量nMAX由VO(MAX)及每个LED的最大正向电压VF(MAX)决定，其公式为：
在低开关频率下，最大占空比和输出电压较高，使得LM3402/LM3402HV能调节接近输入电压的输出电压。以下公式关联了开关频率与最大输出电压：
最小输出电压
LM3402/02HV的最小导通时间为300纳秒，决定了占空比与输出电压的最小调节范围。其关系由以下公式表达：
高压偏置调节器
LM3402/02HV内部集成了一个7V的线性稳压器，连接VIN与VCC引脚之间。建议在VCC引脚旁接一个0.1µF的陶瓷电容至GND，并尽量靠近IC引脚。
当VIN达到8.8V（典型值）时，VCC将跟随VIN变化，并在VIN上升时稳定在7V。当VCC超过5.25V时，电路开始工作。
内置MOSFET与驱动器
LM3402/02HV内置功率MOSFET，并配有浮动驱动器，连接SW引脚与BOOT引脚。其上升与下降时间均为20纳秒（典型值），门极电荷约为3纳库仑。
驱动电路采用自举结构，由内部高压二极管与外部10纳法拉电容CB组成。当MOSFET关断时，VCC通过内部二极管对CB进行充电。当MOSFET导通时，内部二极管反向偏置，以形成驱动MOSFET所需的浮动电源。
PWM调光快速关闭
DIM引脚为TTL逻辑兼容输入，用于LED的低频PWM调光。当DIM为低电平时，内部MOSFET将被禁用，并切断LED电流。
当DIM为低电平时，驱动电路等维持运行状态，以加快调光信号高电平恢复时的响应速度。上拉电流为75 µA（典型值），确保在DIM引脚开路时仍处于开启状态。
调光频率fDIM与占空比DDIM受限于LED电流的上升/下降时间及MOSFET响应延迟。建议调光频率应比开关频率低至少一个数量级，以避免混叠。
峰值电流限制
当MOSFET电流超过735 mA（典型值）时，限流比较器将触发，MOSFET将在冷却时间内被禁用。冷却时间等于稳态导通时间的10倍。
若故障持续存在，系统将进入低功耗打嗝模式，以减少热应力。
过压/过流比较器
CS引脚包含一个过压/过流比较器，当VSNS超过300 mV时，将禁用功率MOSFET。该阈值设定了输出电流的硬限值。
在瞬态过程中，比较器限制输出电流不超过300 mV / RSNS。
该比较器还可防止LED开路时输出电压升至VO(MAX)。图2展示了一种使用齐纳二极管与限流电阻的方法，将输出电压限制为Z1击穿电压加200 mV。
图2. 输出开路保护
在输出开路情况下，VO的上升幅度受限且始终低于VIN。如未使用电容，系统可长期承受VO(MAX)。跨接小电容可抑制振荡。若使用电容，CO的额定电压应能够承受VIN。
在LED开路故障时，大电流路径被切断，热应力风险较低，用户可选择允许输出电压上升。
低功耗关机
通过接地RON引脚，可将LM3402/02HV切换至低功耗模式（IINSD = 90 µA）。建议使用低功耗MOSFET，如2N7000或2N3904等。
若使用逻辑门进行关断，需确保电压低于0.3V。RON引脚上的噪声滤波电路可能在接地或释放后产生较长脉冲，此时OVP/OCP比较器将限制峰值电流。
图3. 低功耗关机
热关断保护
LM3402/02HV内置热关断电路，可在结温超过165°C（典型值）时禁用MOSFET与驱动器，以保护集成电路。
该电路具有25°C的温度滞后，确保器件在温度恢复后可重新启用。