LM3404/HV是一款由美国国家半导体公司生产的降压型调节器控制芯片，是针对恒流驱动大功率、高亮度LED设计的。该芯片输出电压范围为从200mV参考电压对应的最低电压U_OMIN到由最小关断时间（典型为300ns）决定的最高电压U_OMAX，它构成的电路效率可高达90%以上。芯片内置一个高侧N沟道MOSFET开关，控制策略采用滞环调制加导通时间控制，无需控制环路补偿。其构成的电路基本功能是以恒流方式驱动LED，且恒流值的确定仅需一个精密电阻。此外，LM3404/HV具有PWM调光功能，以及过电压、欠电压、短路、低功率和温度保护等功能，电路简单方便，具有很好的实用性^[8]。芯片内部功能结构如图6-24所示，该芯片用于LED驱动电源恒流控制的典型案例见本书8.4.4节。

图6-24 LM3404/HV内部功能结构

（注：该图取自参考文献[8]）

1.引脚功能

SW：内部MOSFET开关源极引脚，连接至外部Buck电路输入电感和肖特基二极管。

BOOT：内部MOSFET驱动引脚，连接一个外部10nF陶瓷电容至引脚SW。

DIM：PWM调光输入引脚，接外部PWM信号，来开通/关断MOSFET以调整LED光输出。

CS：电流检测反馈引脚，连接一个外部检测电阻到地，以检测通过LED阵列的输出电流。

RON：开通时间控制引脚，外部在该引脚和VIN引脚之间接一个电阻可以设置开通时间。

VCC：内部7V线性调节器输出引脚，外部旁路接最小0.1μF陶瓷电容至地。

VIN：输入电压引脚，该引脚的额定工作输入电压范围为6～42V（LM3404）或6～75V（LM3404HV）。

GND：地引脚，外部连接到系统地^[8]。

2.控制方式的实现

采用LM3404的典型恒流驱动电路如图6-25所示，下面结合该电路分析该芯片的控制实现原理。

图6-25 采用LM3404的典型恒流驱动电路

（1）滞环调制的控制方式

由图6-24可见，CS引脚的芯片内部连接有两个比较器，参考电压分别为0.2V、0.3V，这两个参考电压确定了滞环调制的上下限。当外部采样电路接入CS引脚的反馈电压U_If减小到0.2V以下时，逻辑门输出高电平使MOSFET开通，输出开始逐渐增大，当U_If增大到0.3V以上时，逻辑门输出低电平使MOSFET关断，输出开始逐渐减小，当U_If减小到0.2V以下时开始下一周期。

（2）开通、关断时间控制(www.daowen.com)

芯片内部设置了开通、关断时间控制电路以克服传统滞环控制的缺点。由于芯片设置的滞环宽度ΔU=100mV，因此由6.2.4节滞环原理可知，输出电流纹波ΔI_O=ΔU/R_SNS成为固定值，从而影响了驱动电源设计的灵活性。为此，LM3404/HV内部采用了开通时间控制电路，结合外部电阻R_ON使每个周期的开通时间T_ON随输入电压成反比自动调节^[8]，即

当工作于连续导通模式时，进一步由式（6-3）可得

可见，通过外部电阻R_ON可改变输出纹波的设计值。同时，当输入电压变化时，由于占空比变化会使滞环宽度动态变化，相当于设置了一个随输入波动的滞环上限值。当MOSFET开通后，输出电流逐渐增大，当到达开通时间T_ON但U_If未到0.3V时，开通时间控制电路使逻辑门输出低电平使MOSFET关断；当U_If增大到0.3V但未到达开通时间T_ON时，滞环上限比较器起作用使逻辑门输出低电平使MOSFET关断。设计时一般应使该上限值小于芯片固定的上限0.3V，这样正常工作时滞环上限由开通时间控制电路决定，而0.3V上限可以作为过电流保护；否则，开通时间控制电路将失去作用，恢复到常规滞环控制。

芯片还采用了最小关断时间控制器控制关断时间。当本周期开通时间结束后，该控制器使MOSFET自动关断一个最小关断时间t_OFFMIN，该时间典型值为300ns，当关断时间到t_OFFMIN时，CS引脚内部比较器将会重新比较U_If和0.2V，若U_If仍然大于0.2V，则MOSFET继续关断一个t_OFFMIN，之后再比较；若U_If小于0.2V，则MOSFET进入导通状态。可见，该电路改变了常规滞环下限的处理机制，当MOS_- FET进入关断状态后，并不是当U_If减小到0.2V时立即开通，而是必须关断时间达到t_OFFMIN时，才允许下限比较，这样的好处是当变换器运行于连续导通模式（CCM）且输入电压波动较小时，开通时间变化不大，而关断时间也为数个t_{OFF MIN}，因此系统工作频率可以较为稳定，避免了常规滞环控制方法工作频率会随着电感和负载等效电阻变化而连续变化，从而可改善EMI特性；此外，最小关断时间限制了变换器的最大占空比D_MAX和最大输出电压U_OMAX。

3.保护功能的实现

LM3404/HV内部集成了多种保护功能，其保护电路与上述控制功能电路进行逻辑操作，当保护状态发生时，禁止MOSFET的正常启动周期。

（1）VCC欠电压保护

VCC引脚内部有一个VCC欠电压保护电路，保护采用滞环方式，阈值典型设置值为5.3V，并具备150mV的迟滞范围。当该引脚电压降低到滞环下限以下时，芯片无法正常供电，保护电路启动并通过逻辑电路关断MOSFET；当引脚电压上升到滞环上限以上时，芯片恢复正常工作。

（2）峰值电流限制

LM3404/HV通过开关电流检测单元自动检测内部MOSFET的瞬时电流，并通过比较器与参考值1.5A（典型值）比较，如果超限，则限流关断定时器起动，通过逻辑电路使功率MOSFET关闭一个冷却时间。当该冷却时间结束时，系统将重启。如果电流限制条件仍存在，则冷却周期和重启将继续，从而产生一个低功率打嗝模式，以最大限度地减少LM3404/HV和外围电路元器件的热应力。

（3）输出过电压/过电流保护

CS引脚内部的滞环上限比较器可以作为一个输出过电流保护器，一旦U_If超过0.3V，它将关断功率MOSFET，从而为输出电流提供限制。

该电路也可通过外加辅助电路防止输出开路下输出电压达到上限值。当LED出现输出开路情况时，导致U_If降至零，从而达到最大占空比。为避免该现象，通过外加齐纳二极管和齐纳限制电阻，可以将输出开路电压限制为齐纳二极管反向电压加0.2V，实现开路保护^[8]。

（4）过热保护

LM3404/HV可方便地在内部自动检测MOSFET的温度，并通过热关断电路实现过热保护，保护采用滞环方式，阈值设置在165℃，并具备25℃的迟滞范围。当温度超过最大工作温度时，该电路起作用进入热关断状态，MOSFET和驱动电路均不工作。

4.调光功能

LM3404/HV的DIM引脚是一个TTL兼容的输入，用于LED的低频率PWM调光。DIM引脚的逻辑低电平（低于0.8V）可以停止内部MOSFET工作并关断流过LED阵列的电流。当该引脚处于逻辑低电平时，芯片内部支持电路仍保持工作，以便当其再次达到逻辑高电平（高于2.2V）时，能使LED阵列开通的时间最小。一个75μA的典型上拉电流确保DIM引脚开路时芯片能正常工作而无需上拉电阻。调光频率f_DIM和占空比D_DIM受到LED电流上升时间、下降时间、从DIM引脚激活到内部功率MOSFET响应的延迟时间等限制，f_DIM至少应当比稳态的开关工作频率低一个数量级，以避免引起混乱^[8]。