高效率深度調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)控制器

摘要：

LED照明驅(qū)動(dòng)需滿足高可靠性，長(zhǎng)壽命，高效率，深度調(diào)光等特性，以及簡(jiǎn)潔友好的參考設(shè)計(jì)工具。英飛凌寬廣的DC-DC LED驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品組合，是驅(qū)動(dòng)功率LEDs的理想選擇，集成的智能熱保護(hù)功能，結(jié)合過電壓保護(hù)，過電流保護(hù)，進(jìn)一步延長(zhǎng)LED使用壽命。

ILD8150專為L(zhǎng)ED通用照明應(yīng)用而設(shè)計(jì)研發(fā)，創(chuàng)新的混合調(diào)光技術(shù)，最低調(diào)光電流可達(dá)目標(biāo)電流的0.5%以下，支持光調(diào)滅，無閃爍。輸入電壓高達(dá)80V，進(jìn)一步提高了距離安全電壓SELV的安全裕量;平均電流輸出最大可達(dá)1.5A;集成高邊驅(qū)動(dòng)開關(guān)，99%最大占空比是實(shí)現(xiàn)高效率的保證。優(yōu)異的性能加上完善的保護(hù)功能，是專業(yè)LED照明的理想選擇。

英飛凌DC-DC LED驅(qū)動(dòng)控制芯片，分為兩大類別：線性控制器BCR系列，針對(duì)LED燈串燈帶應(yīng)用設(shè)計(jì)，涵蓋工業(yè)和汽車領(lǐng)域應(yīng)用;開關(guān)控制ILD系列，針對(duì)兩級(jí)照明系統(tǒng)或直流輸入應(yīng)用。

高可靠性以及LED長(zhǎng)使用壽命是LED照明關(guān)鍵要素。BCR系列非常適合驅(qū)動(dòng)電流從10mA到250mA的中小功率LEDs。跟傳統(tǒng)的電阻限電流方案相比，BCR控制器效率具明顯優(yōu)勢(shì)，在全溫度范圍內(nèi)恒流精度高，而且可以進(jìn)行高頻率的無閃爍PWM調(diào)光。

ILD全系列高集成DC-DC LED驅(qū)動(dòng)控制器，支持電流輸出范圍從150mA到3A，非常適合驅(qū)動(dòng)大功率或超大功率LEDs。ILD8150是一款最新款的降壓型LED驅(qū)動(dòng)控制器，耐壓80V，輸出電流達(dá)1.5A，集成智能熱保護(hù)，是中大功率LEDs驅(qū)動(dòng)的新選擇。

1.英飛凌DC-DC開關(guān)型控制器家族

英飛凌DC-DC開關(guān)型控制器家族如圖1示，ILD6150/ILD6070降壓型控制器耐壓60V，集成MOSFET支持驅(qū)動(dòng)電流分別達(dá)到700mA和1.5A，智能過熱保護(hù)功能。ILD4001驅(qū)動(dòng)外置MOSFET，功率擴(kuò)展更靈活。

ILD8150集成創(chuàng)新性混合調(diào)光模式，集成高邊驅(qū)動(dòng)MOSFET，支持高功率設(shè)計(jì)的同時(shí)擁有高效率。

圖1 英飛凌DCDC開關(guān)型LED控制器

2.ILD8150系統(tǒng)概述

典型ILD8150系統(tǒng)如圖2所示，高度集成功能和相關(guān)保護(hù)，大大減少了LED驅(qū)動(dòng)控制器系統(tǒng)元器件數(shù)量。應(yīng)用于兩級(jí)方案中不但減小了輸出紋波，降低了單級(jí)系統(tǒng)對(duì)設(shè)計(jì)余量的要求，而且大幅提高了整個(gè)系統(tǒng)的性能。

圖2 ILD8150典型系統(tǒng)

ILD8150集成高邊開關(guān)，集成Rdson290mohm的MOSFET，支持高功率設(shè)計(jì)，最大占空比99%， 保持系統(tǒng)最高效率的實(shí)現(xiàn)。

ILD8150輸入電壓范圍從8V到80V，與安全特低電壓(SELV)限值保有20V的裕量。

ILD8150集成創(chuàng)新混合調(diào)光技術(shù)，輕松調(diào)光到目標(biāo)電流0.5%以下。在提供深度調(diào)光的同時(shí)，避免了閃爍現(xiàn)象的出現(xiàn)和可能的音頻噪聲。PWM調(diào)光輸入信號(hào)頻率范圍250Hz到20kHz，控制LED電流輸出從100%到0.5%，其中100%-12.5%為模擬調(diào)光輸出模式，12.5%到0.5%為混合調(diào)光輸出模式，混合調(diào)光輸出頻率3.4kHz，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，無閃爍現(xiàn)象。

精確的電流控制保證了在規(guī)模量產(chǎn)時(shí)電流精度在3%內(nèi)，包括不同芯片間及不同輸出輸入狀態(tài)下的差異。在調(diào)光調(diào)色以及平板燈設(shè)計(jì)中極具優(yōu)勢(shì)。

高精度PWM數(shù)字調(diào)光接口，以及低功耗待機(jī)模式可以使ILD8150和MCU完美配合使用。

集成軟啟動(dòng)軟停止功能，減輕了前級(jí)的輸出過沖或下沖。

此外，自舉電壓的欠壓保護(hù)和過溫度保護(hù)，以及其他的保護(hù)功能一起守護(hù)著系統(tǒng)的安全可靠。

ILD8150封裝在DSO-8封裝內(nèi)，支持波峰焊接，增強(qiáng)型的ILD8150E具有更好的散熱性能。

2.1 創(chuàng)新深度調(diào)光

ILD8150集成創(chuàng)新混合調(diào)光技術(shù)，PWM調(diào)光輸入信號(hào)控制LED電流輸出從100%到0.5%，其中100%-12.5%為模擬調(diào)光輸出模式，12.5%到0.5%為數(shù)字調(diào)光輸出模式。在模擬調(diào)光中，輸出電流與內(nèi)部CS參考電壓成比例，輸出電流在最大電流的100%到12.5%之間進(jìn)行模擬變化。在12.5%以下進(jìn)行數(shù)字調(diào)光，調(diào)制信號(hào)頻率3.4kHz，滿足IEEE1789-2015的要求，無閃爍可見。

圖3為輸入PWM占空比和輸出電流比例的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖6所示為調(diào)滅關(guān)斷的細(xì)節(jié)。

圖3 混合調(diào)光曲線

下圖4所示為輸出電流在模擬調(diào)光狀態(tài)。

圖4 輸出電流波形(模擬調(diào)光狀態(tài))

圖5所示輸出電流在數(shù)字調(diào)光狀態(tài)。

圖5 輸出電流波形(混合調(diào)光狀態(tài))

PWM調(diào)光輸入信號(hào)占空比小于DPWM_IN,OFF時(shí)，ILD8150關(guān)閉輸出級(jí);PWM調(diào)光輸入信號(hào)占空比大于DPWM_IN,ON時(shí)，ILD8150打開輸出級(jí)。這個(gè)遲滯設(shè)計(jì)避免了ON/OFF邊界可能的不穩(wěn)定態(tài)。

圖6　調(diào)滅關(guān)斷

ILD8150檢測(cè)DIM腳上PWM調(diào)光輸入信號(hào)占空比，在模擬調(diào)光時(shí)，內(nèi)部CS參考電壓與此占空比成比例;在數(shù)字調(diào)光時(shí)，占空比轉(zhuǎn)換成數(shù)字調(diào)光占空比。數(shù)字調(diào)光頻率固定不變，與輸入PWM頻率無關(guān)。

2.2 數(shù)字軟啟動(dòng)

集成軟啟動(dòng)功能，可以在啟動(dòng)期間平滑輸出電流瞬變。

當(dāng)調(diào)光信號(hào)突然改變時(shí)，IC控制輸出電流平滑的改變;如果是調(diào)光調(diào)滅，這就是一個(gè)軟停的行為，實(shí)現(xiàn)光漸變暗的過程。避免了對(duì)初級(jí)側(cè)輸出電壓造成的過沖或下沖，保證了功率調(diào)節(jié)的平穩(wěn)，減輕了元器件承受的壓力。

圖7 輸出電流軟起(100%調(diào)光或DIM腳懸空)

2.3.低功率待機(jī)模式

如果關(guān)機(jī)信號(hào)(SD)被驅(qū)動(dòng)到低電位超過一定時(shí)間，則低功率模式激活，IC消耗極低的電流;如果關(guān)機(jī)信號(hào)保持在高電位超過一定時(shí)間，IC會(huì)從低功率模式恢復(fù)。

圖8 待機(jī)信號(hào)接口

圖9　停機(jī)時(shí)序

2.4 保護(hù)功能

ILD8150具備完善的保護(hù)功能，涵蓋了對(duì)初級(jí)側(cè)的保護(hù)，對(duì)負(fù)載的保護(hù)以及對(duì)IC自身的保護(hù)。比如負(fù)載突然拉載時(shí)對(duì)初級(jí)的保護(hù)，輸出過流保護(hù)，過壓保護(hù)，柵極驅(qū)動(dòng)欠壓保護(hù)。此外，ILD8150還集成過溫度保護(hù)功能。

當(dāng)結(jié)溫超過溫度閾值時(shí)，過溫保護(hù)關(guān)閉輸出級(jí)。當(dāng)結(jié)溫降至閾值以下時(shí)，輸出級(jí)再次打開。

圖10 溫度保護(hù)

3 設(shè)計(jì)案例

以下為設(shè)計(jì)案例的部分測(cè)試結(jié)果，詳細(xì)設(shè)計(jì)信息可以從英飛凌官網(wǎng)下載或咨詢英飛凌工作人員。

LED驅(qū)動(dòng)器規(guī)格為：

· VIN=70V

· ILED,AVG=1A

· VLED=51V(17LEDs)

電路板輸出：

· 電流范圍：250mA-1500mA

· 電壓范圍：8V-80V

· 電流精度：<1%

圖11為設(shè)計(jì)原理圖。X9跳線組合設(shè)置輸出電流從250mA到1500mA。

圖11 設(shè)計(jì)案例原理圖

圖12是調(diào)光曲線測(cè)試圖。

圖12 輸出電流與占空比

圖13顯示了17顆LED在52V至70V輸入范圍內(nèi)的效率測(cè)量結(jié)果，使用了不同的電感量做測(cè)試，分別對(duì)應(yīng)最大開關(guān)頻率86kHz,360Hkz,520kHz.

從曲線可以看出，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓相差不多時(shí)，由于開關(guān)頻率相對(duì)較低，效率很高。

圖13 效率曲線

4. 設(shè)計(jì)工具

英飛凌提供在線設(shè)計(jì)仿真工具，方便設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)使用，所見即所得。

圖14 ILD8150在線設(shè)計(jì)工具界面

5 結(jié)論

本文描述了英飛凌LED DC-DC控制ILD8150的概況，并配以設(shè)計(jì)案例測(cè)試結(jié)果。ILD8150非常適合兩級(jí)系統(tǒng)的DC-DC一級(jí)，支持寬輸入寬輸出設(shè)計(jì)，98%的效率，0.5%以下的調(diào)光，低待機(jī)功耗，方便與MCU配合使用。能夠滿足絕大多數(shù)智能照明對(duì)控制芯片的要求。