Design Note 548
Синхронные повышающе-понижающие преобразователи с четырьмя силовыми ключами могут иметь очень высокий КПД, работая как в режиме повышающего, так понижающего DC/DC преобразования. Объединяя в себе возможности двух отдельных преобразователей (понижающего и повышающего), они дают возможность снизить размеры и стоимость схемы. Если бы требовалось выполнять только повышающее или только понижающее преобразование, преобразователям с четырьмя силовыми ключами было бы достаточно всего двух ключей, что позволило бы повысить КПД устройства. Однако в тех случаях, когда величины входных и выходных напряжений сближаются, они должны задействовать все четыре ключа, чтобы обеспечивать плавный переход между этими режимами работы. Такое объединение контуров регулирования для двухтранзисторного повышающего, двухтранзисторного понижающего и четырехтранзисторного режимов преобразования, которое позволяло бы практически незаметно переходить из режима в режим, имеет свои сложности. Тем не менее, в повышающе-понижающих преобразователях последних поколений эти проблемы, как и многие другие, удалось преодолеть.
60-вольтовый повышающе-понижаюший четырехтранзисторный драйвер LT8391 сконструирован для управления светодиодами суммарной мощностью до 250 Вт с возможностью плавного переключения между повышающим режимом работы с двумя ключами, повышающе-понижающим с четырьмя ключами и понижающим режимом с двумя ключами. Оригинальная патентуемая четырехтранзисторная топология позволяет микросхеме стабилизировать выход по пиковому току индуктивности и обеспечивает простой, а главное гладкий переход из одного режима в другой, используя в каждом из них один и тот же общий токоизмерительный резистор. В этом повышающе-понижаюшем драйвере светодиодов нового поколения сосуществуют, не вызывая пульсаций тока светодиодов, частотная модуляция для расширения спектра и внутреннее ШИМ управление яркостью. Независимо от способа ШИМ диммирования – внешнего или внутреннего, LT8391 обеспечивает отсутствие мерцаний даже при включенном расширении спектра (еще одна технология, на которую подана патентная заявка).
Повышающе-понижающий драйвер светодиодов с КПД 98%
 |
|
| Рисунок 1. | Повышающе-понижающий синхронный преобразователь с четырьмя ключами питает цепочку светодиодов напряжением 25 В при токе 2 А (50 Вт), достигая КПД 98%. |
Изображенная на Рисунке 1 схема мощного повышающе-понижающего драйвера светодиодов на основе LT8391 питает током 2 А цепочку светодиодов с суммарным напряжением 25 В в широком диапазоне входных напряжений. В наивысшей точке КПД этой схемы достигает 98%. В типичном интервале напряжений аккумуляторной батареи автомобиля 9 В … 16 В устройство работает с КПД от 95% до 97% (Рисунок 2). С единственным силовым индуктором нагрев компонентов очень мал даже при выходной мощности 50 Вт. При входном напряжении 12 В температура перегрева ни одного компонента не превышает 25 °C. При входном напряжении 6 В перегрев остается ниже 50 °C со стандартной четырехслойной печатной платой без теплоотвода и без обдува воздухом. Это оставляет запас по выходной мощности преобразователя, делая возможным получение сотен ватт.
 |
|
| Рисунок 2. | (а) В типичном интервале напряжений аккумуляторной батареи автомобиля 9 В … 16 В КПД изображенного на Рисунке 1 50-ваттного драйвера светодиодов находится в диапазоне от 95% до 97%. (б) Ограничение пикового тока индуктивности обеспечивает стабильность за счет снижения выходной мощности. |
LT8391 работает при входных напряжениях от 4 В, и при минимальном напряжении может питать нагрузку очень большим током. Конструкция LT8391 рассчитана либо на работу с очень большими входными токами, либо на использование возможности ограничения пикового тока индуктивности для улучшения стабильности при низких входных напряжениях ценой некоторого снижения выходной мощности. Это позволяет преобразователю работать при напряжениях холодного запуска двигателя без необходимости увеличения размеров или цены силовых компонентов.
Глубина немерцающей ШИМ регулировки яркости LT8391 может достигать 1000:1. Яркость заземленной цепочки светодиодов регулируется ШИМ управлением внешнего MOSFET верхнего плеча, затвор которого подключается к выходу TG. Этот же выход используется для отключения при перегрузке в случае коротких замыканий нагрузки.
Внутренний генератор ШИМ для управления яркостью
LT8391 поддерживает как стандартное внешнее ШИМ управление яркостью, так и внутреннее диммирование с помощью собственного сигнала ШИМ. Уникальная внутренняя схема ШИМ регулирует яркость с глубиной, достигающей 128:1, делая ненужными такие компоненты, как времязадающие устройства или микроконтроллеры. Частота внутренней ШИМ микросхемы легко устанавливается единственным резистором, подключенным к выводу RP (в примере на Рисунке 1 – 200 Гц). Коэффициент заполнения импульсов ШИМ определяется величиной напряжения на выводе PWM, которое должно находиться в интервале между 1 В и 2 В. Внутренний гистерезис предотвращает дрожание коэффициента заполнения импульсов ШИМ внутреннего диммирования, который выбирается с дискретностью 128 шагов. Точность внутренней ШИМ лучше ±1% остается неизменной во всех режимах работы.
SSFM снижает уровень электромагнитных излучений
Расширение спектра сигнала синхронизации путем модуляции псевдошумовым сигналом (Spread Spectrum Frequency Modulation – SSFM) снижает уровень генерируемых регулятором помех. Хотя чаще всего частота переключения выбирается вне диапазона АМ (530 кГц … 1.8 МГц), неослабленные гармоники импульсов внутри полосы сигналов АМ все же могут выйти за пределы, установленные строгими требованиями автомобильных стандартов. Добавление функции SSFM значительно снижает электромагнитные излучения как внутри диапазона АМ, так и в других областях частотного спектра.
 |
|
| Рисунок 3. | SSFM снижает средний и пиковый уровни электромагнитных излучений микросхемы LT8391 до значений более низких, чем предписывается Классом 5 автомобильного стандарта CISPR25. Средний уровень подавляется даже больше, чем пиковый. |
Активация SSFM в 50-ваттном драйвере светодиодов на микросхеме LT8391 уменьшает и пиковые, и средние уровни электромагнитных помех внутри АМ диапазона до значений более низких, чем предписывается Классом 5 автомобильного стандарта CISPR25 (Рисунок 3). Средний уровень электромагнитных излучений, установленный стандартом CISPR25, в некоторых местах должен быть на 20 дБмкВ ниже предельных пиковых уровней, что в импульсных преобразователях реализовать намного труднее. Поэтому оригинальная система SSFM микросхемы LT8391 подавляет средний уровень электромагнитных излучений сильнее, чем пиковый. Средние уровни электромагнитных помех ослабляются не менее чем на 18 дБмкВ, а пиковые – примерно на 5 дБмкВ.
 |
|
| Рисунок 4. | Осциллограмма показывает свободное от мерцаний диммирование при совместной работе ШИМ и SSFM. |
В некоторых преобразователях для питания светодиодов совместная работа SSFM и ШИМ приводит к возникновению мерцаний. SSFM – источник изменения частоты переключения, способной проникать во внешний мир в виде шума, «размазывает» спектр излучений, уменьшая величину шумовых пиков, но не мешает ШИМ управлению яркостью (Рисунок 4). Патентуемая Linear Technology технология ШИМ диммирования при одновременной SSFM модуляции частоты коммутации гарантирует отсутствие мерцаний, даже при высоких коэффициентах затемнения. Работа SSFM не сопровождается никакими колебаниями тока светодиодов, как при регулировке яркости с помощью внешней ШИМ с глубиной 1000:1, так и при внутреннем управлении 128:1.
Купить LT8391 на РадиоЛоцман.Цены
