高效率深度調(diào)光LED驅(qū)動控制器

摘要：

LED照明驅(qū)動需滿足高可靠性，長壽命，高效率，深度調(diào)光等特性，以及簡潔友好的參考設計工具。英飛凌寬廣的DC-DC LED驅(qū)動IC產(chǎn)品組合，是驅(qū)動功率LEDs的理想選擇，集成的智能熱保護功能，結(jié)合過電壓保護，過電流保護，進一步延長LED使用壽命。

ILD8150專為LED通用照明應用而設計研發(fā)，創(chuàng)新的混合調(diào)光技術，最低調(diào)光電流可達目標電流的0.5%以下，支持光調(diào)滅，無閃爍。輸入電壓高達80V，進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1.5A;集成高邊驅(qū)動開關，99%最大占空比是實現(xiàn)高效率的保證。優(yōu)異的性能加上完善的保護功能，是專業(yè)LED照明的理想選擇。

英飛凌DC-DC LED驅(qū)動控制芯片，分為兩大類別：線性控制器BCR系列，針對LED燈串燈帶應用設計，涵蓋工業(yè)和汽車領域應用;開關控制ILD系列，針對兩級照明系統(tǒng)或直流輸入應用。

高可靠性以及LED長使用壽命是LED照明關鍵要素。BCR系列非常適合驅(qū)動電流從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，在全溫度范圍內(nèi)恒流精度高，而且可以進行高頻率的無閃爍PWM調(diào)光。

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

1.英飛凌DC-DC開關型控制器家族

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

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

圖1 英飛凌DCDC開關型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保護，大大減少了LED驅(qū)動控制器系統(tǒng)元器件數(shù)量。應用于兩級方案中不但減小了輸出紋波，降低了單級系統(tǒng)對設計余量的要求，而且大幅提高了整個系統(tǒng)的性能。

圖2 ILD8150典型系統(tǒng)

ILD8150集成高邊開關，集成Rdson290mohm的MOSFET，支持高功率設計，最大占空比99%， 保持系統(tǒng)最高效率的實現(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，輕松調(diào)光到目標電流0.5%以下。在提供深度調(diào)光的同時，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，滿足標準要求，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)色以及平板燈設計中極具優(yōu)勢。

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

集成軟啟動軟停止功能，減輕了前級的輸出過沖或下沖。

此外，自舉電壓的欠壓保護和過溫度保護，以及其他的保護功能一起守護著系統(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，PWM調(diào)光輸入信號控制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%之間進行模擬變化。在12.5%以下進行數(shù)字調(diào)光，調(diào)制信號頻率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應關系。圖6所示為調(diào)滅關斷的細節(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)光輸入信號占空比小于DPWM_IN,OFF時，ILD8150關閉輸出級;PWM調(diào)光輸入信號占空比大于DPWM_IN,ON時，ILD8150打開輸出級。這個遲滯設計避免了ON/OFF邊界可能的不穩(wěn)定態(tài)。

圖6　調(diào)滅關斷

ILD8150檢測DIM腳上PWM調(diào)光輸入信號占空比，在模擬調(diào)光時，內(nèi)部CS參考電壓與此占空比成比例;在數(shù)字調(diào)光時，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。

2.2 數(shù)字軟啟動

集成軟啟動功能，可以在啟動期間平滑輸出電流瞬變。

當調(diào)光信號突然改變時，IC控制輸出電流平滑的改變;如果是調(diào)光調(diào)滅，這就是一個軟停的行為，實現(xiàn)光漸變暗的過程。避免了對初級側(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.低功率待機模式

如果關機信號(SD)被驅(qū)動到低電位超過一定時間，則低功率模式激活，IC消耗極低的電流;如果關機信號保持在高電位超過一定時間，IC會從低功率模式恢復。

圖8 待機信號接口

圖9　停機時序

2.4 保護功能

ILD8150具備完善的保護功能，涵蓋了對初級側(cè)的保護，對負載的保護以及對IC自身的保護。比如負載突然拉載時對初級的保護，輸出過流保護，過壓保護，柵極驅(qū)動欠壓保護。此外，ILD8150還集成過溫度保護功能。

當結(jié)溫超過溫度閾值時，過溫保護關閉輸出級。當結(jié)溫降至閾值以下時，輸出級再次打開。

圖10 溫度保護

3 設計案例

以下為設計案例的部分測試結(jié)果，詳細設計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為設計原理圖。X9跳線組合設置輸出電流從250mA到1500mA。

圖11 設計案例原理圖

圖12是調(diào)光曲線測試圖。

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)的效率測量結(jié)果，使用了不同的電感量做測試，分別對應最大開關頻率86kHz,360Hkz,520kHz.

從曲線可以看出，當輸入電壓和輸出電壓相差不多時，由于開關頻率相對較低，效率很高。

圖13 效率曲線

4. 設計工具

英飛凌提供在線設計仿真工具，方便設計者設計使用，所見即所得。

圖14 ILD8150在線設計工具界面

5 結(jié)論

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