Трехамперный понижающий драйвер светодиодов с интегрированным ограничителем напряжения

Журнал РАДИОЛОЦМАН, октябрь 2016

Matthew Grant, Linear Technology

Design Note 556

Введение

Монолитный драйвер светодиодов LT3952 содержит 60-вольтовый DMOS силовой ключ, способный коммутировать ток до 4 А для управления цепочкой сильноточных диодов в режиме понижения напряжения. Из множества полезных функций этой микросхемы мы рассмотрим здесь усилитель датчика входного тока, который в понижающем режиме можно использовать для управления ограничением напряжения светодиодов.

В режиме понижающего преобразования анод светодиодной цепочки (LED⁺) подключается к источнику входного напряжения, а от катода цепочки (LED^–) ток поступает в преобразователь. В случае обрыва нагрузки понижающий преобразователь подключает узел LED^– почти к шине GND (Рисунок 1). Во время такого аварийного режима общее выходное напряжение должно быть ограничено.

Рисунок 1.	Топология понижающего преобразователя.

Одним из способов ограничения напряжения является сдвиг уровня с помощью внешнего PNP транзистора. И хотя этот метод вполне эффективен, более изящное решение основано на использовании внутренних ресурсов микросхемы LT3952.

Суть заключается в том, чтобы, переориентировав назначение выводов IVINP/IVINN внутреннего токоизмерительного усилителя, превратить его в регулятор напряжения положительной шины питания, как показано на Рисунке 2.

Рисунок 2.	Выводы IVINP и IVINN используются для ограничения выходного напряжения.

Включенный параллельно светодиодам резистивный делитель предназначен для измерения напряжения на токоизмерительном резисторе с помощью внутреннего усилителя, входы которого выведены на контакты IVINP/IVINN. Когда напряжение IVINP/IVINN достигает 60 мВ, напряжение на выходе IVINCOMP становится равным 1.2 В, и включается цепь ограничения выходного напряжения. Подключение IVINCOMP к входу обратной связи FB, как показано на Рисунке 2, реализует дополнительную функцию защиты выхода от чрезмерного напряжения и от обрыва светодиодной цепочки.

В приложениях с ШИМ управлением яркостью между FB и GND включается резистор с большим сопротивлением, чтобы не допустить плавания потенциала на выводе FB в паузах между импульсами ШИМ.

Принципиальная схема

Для проверки концепции была собрана практическая схема 40-ваттного драйвера светодиодов, работающая на частоте 1 МГц. При указанных на схеме сопротивлениях резисторов R1, R2 и R4 ограничение происходит тогда, когда напряжение на цепочке светодиодов становится равным примерно 22 В.

Рисунок 3.	Результаты измерений напряжения LED– и напряжения ограничения LED–.

На Рисунке 3 представлены результаты измерений напряжения LED^– и напряжения ограничения LED^– при изменении V_IN от 0 до 40 В в схеме на Рисунке 4. Напряжение ограничения хорошо отслеживает входное напряжение во всем рабочем диапазоне.

Рисунок 4.	40-ваттный понижающий драйвер светодиодов, работающий на частоте 1 МГц, с порогом ограничения выходного напряжения 22 В.

Осциллограммы на Рисунке 5 позволяют сравнить переходные характеристики схемы в случае обрыва цепочки светодиодов с использованием ограничителя и без него при входном напряжении 36 В и токе светодиодов 3 А.

Рисунок 5.	Реакция схемы на обрыв светодиодной цепочки при наличии ограничителя и без него.

Как вы можете видеть, при обрыве светодиодной цепочки в отсутствие ограничителя напряжение в точке LED^– от номинальных 23 В проваливается практически до уровня «земли», в результате чего разность потенциалов между LED⁺ и LED^– подскакивает почти до полного входного напряжения 36 В.

Однако с помощью ограничителя выходное напряжение быстро ограничивается до более приемлемого уровня. Соединение FB с IVINCOMP позволяет индицировать аварийный режим сигналом на выводе OPENLED (ОБРЫВ СВЕТОДИОДА).

Рисунок 6.	Зависимость КПД от входного напряжения.

Общий КПД этого 40-ваттного решения превышает 92% при входном напряжении 24 В, и превышает 90% в диапазоне входных напряжений от 14 В до 40 В (Рисунок 6). Используя любой метод ограничения, не забывайте оставлять некоторый запас между напряжением ограничения и нормальным рабочим напряжением.

Заключение

LT3952 – мощная универсальная платформа для управления светодиодами при различных схемах включения. В дополнении к стабилизации входного и выходного тока, в микросхему заложено множество других функций, упрощающих создание передовых решений в области освещения, таких как расширение спектра помех модуляцией частоты переключения, внутренний генератор ШИМ и исключительно эффективная защита от аварийных режимов.

Материалы по теме