LED 조명 애플리케이션의 급속한 개발은 조명 애플리케이션의 거의 모든 전통적인 형태를 대체하고 있습니다.이 가속 기능을 사용하면 LED 드라이버의 전력 요구량도 증가하므로 효율성은 떨어지더라도 전류를 크게하면 전류 검출 정확도가 더 높아집니다. LED 드라이버는 전류 감지 정확도를 유지하면서 동시에 여러 독립 LED 부하에 전류를 공급하고 병렬 및 정확한 전류 공유로 연결될 수 있어야한다.
일부 고출력 LED는 고유 한 기계적 및 전기적 고려 사항이 있으며 양극은 열전 도성 백 시트에 전기적으로 연결되어 있습니다. 벅 레귤레이터 구성의 기존 LED 드라이버에서 열 관리는 섀시를 냉각하고, 긍정적 인 케이블 연결은 전기 기계 설계 문제를 야기합니다. 후면 패널은 방열판에 대한 열 전도성이 좋아야하지만 후면 패널의 전압이 섀시의 전압과 다른 경우 전기적으로 절연되어야합니다. LED 제조업체가 변경되면 생산 과정이나 패키지는 매우 어렵 기 때문에 LED 드라이버 자체가 설계상의 어려움을 해결해야합니다.
하나의 옵션은 4 스위치 포워드 벅 부스트 LED 드라이버를 사용하는 것이지만, 추가 스위칭 MOSFET은 시스템 복잡성과 비용을 추가한다. 네거티브 출력 벅 - 부스트 토폴로지는 단 하나의 스위칭 파워 MOSFET 세트를 사용하고 포지티브 직접 (전기적으로) 방열판에 연결되어 방열판에 전기 절연체가 필요없고 시스템의 기계 설계가 간단 해집니다.
고성능 요구 사항을 충족시키기 위해 LT3744는 20A 이상의 연속 전류로 LED 부하를 구동하는 동기식 벅 또는 네거티브 출력 벅 - 부스트 컨트롤러로 구성 할 수 있으며, LT3744의 전원 입력은 3.3V ~ 36V의 전압을 수용한다. 벅 컨버터로 사용될 때이 디바이스는 LED 전류를 0V에서 공급 전압까지 조절하며, 음의 출력 벅 - 부스트 컨버터로 사용하면 LT3744는 LED를 0V에서 -20V까지 정확하게 조정한다 현재.
아날로그 전류 레귤레이션의 정확도는 풀 스케일에서 3 %이고 정확도는 1/20 스케일에서 ± 30 %보다 우수합니다 .LT3744는 3 개의 독립적 인 아날로그 및 디지털 제어 입력과 3 개의 보상 및 다양한 LED 구성을위한 게이트 드라이브 출력 LT3744는 인덕터 전류 감지 및 LED 전류 감지를 분리하여 벅 또는 마이너스 출력 벅 - 부스트 컨트롤러로 구성 할 수있다. 시스템 디자인을 위해 모든 입력 신호 보드 접지 (SGND, 신호 접지)에 따라 복잡한 개별 레벨 쉬프터가 필요하지 않습니다.
네거티브 출력 Buck-Boost 구성에서 LED의 전체 순방향 전압은 입력 전원 전압보다 높을 수 있으므로 고전압 LED 스트링을 저전압 공급 장치에서 구동 할 수 있습니다. PCB 전력 밀도 고려 사항을 위해 부품 전력 손실을 분산 시키려면, LT3744는 대형 LED 펄스 부하 전류 또는 DC 부하 전류를 구동하기 위해 쉽게 병렬화 될 수있다.
고정밀도 전류 검출
LT3744는 전체 전류 제어 범위의 1/20의 정확한 아날로그 디밍을 가능하게하는 고정밀 전류 조정 오류 증폭기를 사용한다. 전체 디지털 PWM 디밍 범위가 제한된 애플리케이션 또는 매우 큰 디밍 범위를 필요로하는 애플리케이션 예를 들어 LT3744는 100Hz PWM 디밍 주파수 및 1MHz 스위칭 주파수에서 1250 : 1 PWM 디밍이 가능하며 20 : 1 아날로그 디밍과 결합하여 전체 디밍 범위를 제공 할 수있다 25000 : 1로 확장하십시오.
그림 1은 아날로그 제어 입력이 0V 일 때의 LT3744 오프셋 전압의 생산 균일 성을 나타내며, 일반적인 소자 수는 380 개입니다. 오류 증폭기의 낮은 오프셋으로 제어 루프는 1/20 스케일 시뮬레이션에서 동작합니다 그림 2는 제어 입력이 1.5V 일 때 여러 LED 전류 감지 핀에 걸친 안정 전압을 보여준다. 풀 스케일 범위의 정확도는 ± 3 %로 60mV 풀 스케일 조정에서 ± 1.8mV 정확도와 동일합니다.
장치 수 : 장치 수 380 일반 장치 : 380 장치 일반적으로 규제 됨 VLED_ISP - VLED_ISN 전압 : 안정 VLED_ISP - VLED_ISN 전압
깜박임없는 성능
LED 드라이버 성능을 측정 할 때 가장 중요한 측정 기준 중 하나는 PWM 디밍 동안 LED 전류의 복구 속도인데, 드라이버의 성능은 PWM-on 신호의 상승 에지 이후의 처음 몇 스위칭 사이클 동안 최종 제품의 품질에 상당한 영향을 미친다 LT3744는 독점적 인 PWM, 보상 및 클록 동기화 기술을 사용하여 최대 20A의 LED를 구동 할 때에도 깜박임 현상이없는 성능을 제공한다.
그림 3은 스위칭 주파수가 550kHz, 인덕터가 1μH, PWM 디밍 주파수가 100Hz, 온 타임이 10μs 인 적색 LED에 20A의 12V 전원을 공급하여 5 분 동안 LED 전류를 복구하는 것을 보여준다 1000 : 1 디밍 비율).이 그래프는 스위칭 파형에 지터가없는 약 30,000 개의 디밍 사이클을 보여 주며 각 복구 스위치 사이클은 동일하다.
10V / DIV : 그리드 당 10V5-MINUTE PERSISTENCE : 5 분 남음
3 가지 다른 안정적인 전류 간 고속 디밍
투영 시스템에서 광원이 빠르게 켜지도록 허용하면 타이밍 제약이 줄어들고 타이밍 제약이 줄어들면 이미지 업데이트 속도가 빨라져 고해상도 이미지가 제공되고 빠르게 움직이는 흰색 물체의 무지개 효과가 줄어 듭니다. LT3744는 3 개 미만의 스위칭 미디에서 서로 다른 출력 전류 상태간에 전환 할 수있다.
LT3744는 3 가지의 안정된 전류 상태를 가지므로 컬러 믹싱 시스템 설계자는 각 LED의 색온도를 결정할 수있다. 색 혼합을 통해 높은 색 정확도를 달성하여 LED 색을 부정확하게 보정하고 다양한 바이어스 LT3743은 저 전류 및 고전류 조건을 모두 가지고 있으며, LT3744는 세 가지 전류 상태를 갖고있어, 3 색 (RGB) LED를 각각의 광 출력과 혼합하여 LED의 색을 독립적으로 보정 할 수있다.
그림 4는 CTRL의 아날로그 전압과 PWM 핀의 디지털 상태에 의해 결정되는 세 가지 다른 안정 전류를 제공하는 24V 입력 / 20A 출력 단일 LED 드라이버를 보여준다 .RS는 제한 용으로 만 사용되기 때문에 인덕터의 피크 전류는 절대적인 과전류 보호 기능을 제공하므로이 저항의 정확도가 높을 필요는 없으므로 시스템 비용이 절감됩니다.
20A 최대 : 최대 20ABLUE : 푸른 빛
세 가지 다른 전류 상태 사이의 PWM 디밍은 그림 5와 그림 6에 나와있다. PWM 신호는 그림 5에서 순차적으로 켜고 꺼진다. PWM3은 가장 높은 우선 순위를 갖고 PWM1은 최저이다. 이것은 단일 입력 신호가 빠르다 그림 6에서와 같이 출력 전류를 변환하는 변환은 PWM 입력 신호가 간격 사이의 모든 길이를 가질 수있다.
피코 프로젝터 또는 스마트 폰 프로젝터를위한 완벽한 RGB LED 솔루션
소형 프로젝션 시스템이나 스마트 폰 프로젝션 시스템의 경우 PCB 공간이 극히 제한적이며 구성 요소 높이를 포함한 드라이버 솔루션의 전체 볼륨을 최소화해야하는 전체 솔루션의 공간과 비용을 줄이는 것이 중요합니다. 하나의 LED 드라이버로 3 개의 LED를 모두 구동하면 필요한 공간을 크게 줄일 수 있으므로 배터리 수명을 연장하고 프로젝션 시스템 처리량을 향상시키기 위해 더 큰 배터리 또는 더 큰 전력 LED를 사용할 수 있습니다.
LT3744는 스위치드 커패시터 기술과 플로팅 게이트 드라이버를 결합하여 단일 LED 드라이버로 완전한 RGB 솔루션을 형성하며, LT3744는 PWM 출력 핀을위한 고유의 게이트 드라이버를 제공한다. VFNEG 핀에서 모든 오프 상태 스위치 게이트를 음의 전압으로 끌어 내려 어떤 조건에서도 출력 커패시터와 직렬로 연결된 스위치가 켜지지 않도록 할 수있다.이 드라이버는 15V 압력 차.
각 LED는 서로 일정한 시간 지연을두고 순차적으로 켜지거나 PWM 디지털 입력에 제공된 모든 모드에 따라 순차적으로 켜질 수 있습니다. 또한 3 개의 독립적 인 아날로그 제어 입력으로 각 LED는 다를 수 있습니다 안정적인 전류 동작 : LT3744가 네거티브 출력 벅 - 부스트 컨버터로 구성되면 단일 리튬 이온 배터리로 단일 컨트롤러로 3 개의 독립적 인 LED 스트링을 구동 할 수있다. 그림 7은 전용 RGB 소형 프로젝션 3.3V / 5A 네거티브 출력, 3 색, 벅 - 부스트 LED 드라이버 용으로 설계되었습니다.
2 개의 LT3744 LED 드라이버를 병렬로 연결하여 324W 듀얼 LED 드라이버 형성
고전력 / 고전류 컨트롤러 설계에서 중요한 제한 요소는 PCB의 전력 밀도이며, 전력 경로 구성 요소가 너무 높아지지 않도록 약 50W / cm2로 제한됩니다. 하나의 LED 부하에 필요한 전력이 단일 드라이버가 제공 할 수있는 한계를 초과하면 (전력 밀도 한계 내) 다수의 컨버터를 병렬로 연결하여 부하를 공유 할 수있는 경우.
새로운 전력 MOSFET을 갖춘 고효율, 고전류 LED 드라이버 컨트롤러는 약 200W (솔루션 크기는 약 4cm2)를 제공 할 수 있으며 모든 전력 경로 부품의 온도를 80ºC 미만으로 제한 할 수있다. LT3744는 모든 부품의 온도 상승을 제한하기 위해 병렬로 연결될 수 있으며 모든 보상 출력은 컨버터간에 전류 공유가 가능하도록 병렬로 연결되어야한다.
그림 8은 2 개의 ADI DC2339A 데모 보드로 구성된 324W 컨버터를 보여줍니다. 각 병렬 컨트롤러는 27A를 생성하고 6V에서 총 54A를 생성합니다. 보정 된 출력은 함께 연결되며 두 컨트롤러는 조화롭게 작동하여 부드럽고 좋은 시동 및 정확한 DC 조절 기능을 제공합니다.
그림 9는 각 보드의 LED 전류 스타트 업을 보여준다. 각 보드가 제공하는 정상 상태 전류는 시동 과정에서 동일하다. 그림 10은 DC가 안정되어 있고 PWM 디밍이없는 경우 그림 11은 100 % 듀티 사이클에서 온도가 보드 주변 온도보다 약 55ºC 올라간다는 것을 보여줍니다. L1은 인덕터, Q1 및 Q3은 스위칭 전원 FET, R5는 인덕터 전류 감지 저항, R32는 LED 전류 감지 저항, U1은 LT3744이다.
채널 : 채널 당 10ms / DIV : 셀당 10ms
이 애플리케이션에서 PWM 디밍은 2 개의 독립적 인 LED 스트링 (full 54 A)에서 수행 될 수있다. PWM 디밍의 경우 그림 12는 LED 전류가 두 드라이버 사이에서 완벽하게 분할됨을 보여준다 테스트 동안 0A에서 54A까지 LED 전류의 상승 시간은 6.6μs 였고 각 드라이버 출력에서 LED 로의 전기적 연결은 어느 경로로든 인덕턴스가 추가되지 않도록 신중하게 균형을 잡아야하며 이로 인해 유효 상승 시간이 단축됩니다.
그림 13은 50 % PWM 디밍에서 54A의 LED 전류로 각 데모 보드의 온도 상승을 보여 주며 각 데모 보드에서 LED 로의 인덕턴스를 최소화하기 위해 병렬 LED 드라이버 보드가 직접 장착된다 서로 최적의 배치 더 최적의 레이아웃은 한 개의 회로 보드에 두 개의 드라이브를 장착하고 각 드라이브의 레이아웃을 LED에 대한 공유 연결을 통해 서로 미러링하는 것입니다. 디자인은 LED 드라이브는 높은 전류 LED의 전도 경로로, 당신은 전반적인 인덕턴스에주의를 기울여야한다. 인덕턴스가 와이어의 길이의 함수이기 때문에 긴 와이어, LED 전류 복구 시간은 더 길다.
2 개의 LT3744는 병렬로 연결되어 음의 출력 벅 - 부스트 120W LED 드라이버를 형성한다
음이 아닌 출력 컨버터와 같은 네거티브 출력 벅 - 부스트 애플리케이션은 동일한 열 문제를 가지며 증가 된 인덕터 전류에 대한 설계 과제를 추가한다. 낮은 입력 전압과 높은 LED 전압의 경우 인덕터 예를 들어, 입력이 3.3V이고, 출력이 녹색 LED를 구동하고, LED가 20A에서 순방향 전압이 6V이면 인덕터 피크 전류는 70A이다.이 설계에 사용 된 인덕터 포화 전류는 적어도 20 % 이상 높아야하므로이 경우 80A보다 높아야합니다.
이 전류는 스위칭 MOSFET을 통해 흐르기 때문에 MOSFET 정격은 80A보다 커야합니다. 두 개의 LT3744 네거티브 출력 벅 - 부스트 컨버터를 병렬 연결하면 피크 스위칭 전류가 절반으로 감소하므로 전력 경로의 필요성이 줄어 듭니다 구성 요소 요구 사항.
네거티브 출력 벅 - 부스트 토폴로지에서 동기 FET가 켜져있을 때만 인덕터 전류가 부하에 제공된다. 두 개의 병렬 컨버터가 자유 동작 주파수에서 동작하도록 허용되면 스위칭 주파수의 약간의 차이로 인해 상당한 비트 주파수가 발생합니다.이 문제를 방지하기 위해 각 변환기는 동일한 RT 값을 사용하지만이 변환기는 외부 클럭과 동기화됩니다. 이 애플리케이션에서이 컨버터는 350kHz의 동기 클록으로 300kHz의 비동기 주파수에서 동작하도록 설계되었다.
그림 15는 병렬 네거티브 출력 벅 - 부스트 애플리케이션에서 LED로 공급되는 30A 전류의 부품 온도 상승을 보여준다.
결론
LT3744는 높은 전류 레귤레이션 정확도, 플로팅 PWM 게이트 드라이버 및 입력 신호 레벨 시프 팅 기능을 갖추고있어 다양한 애플리케이션에서 LED를 구동 할 수있다 .LT3744는 RGB 투영 시스템에서 단일 드라이버로 사용되어 중요한 솔루션에 필요한 총 공간을 줄이면 스마트 폰에서 빛을 출력하여 대형 비디오를 투영 할 수 있습니다.
3 가지 전류 조절 상태를 사용하여 시스템 설계자는 LED 컬러를 자유롭게 결정하여보다 정확한 컬러 비디오 이미지를 생성 할 수 있으며, LT3744는 LED 전류를 직접 조정하고 모든 신호를 레벨 시프 팅하여 음 전압을 생성한다 간단한 2 스위치 솔루션으로 저전압 배터리 구동 시스템으로 다중 LED 스트링 구동 LT3744는 매우 간단하게 병렬로 연결하여 높은 전류 정확도와 전류 공유, 심지어 PWM 이상에서도 LED에 매우 높은 전류를 전달할 수 있습니다. 병렬 식 LT3744는 보드 온도 및 인덕터 전류를 줄이고 지원되는 LED 전력을 수백 와트까지 향상시킨다.