摘要:
LED照明驱动需满足高可靠性,长寿命,高效率,深度调光等特性,以及简洁友好的参考设计工具。英飞凌宽广的DC-DC LED驱动IC产品组合,是驱动功率LEDs的理想选择,集成的智能热保护功能,结合过电压保护,过电流保护,进一步延长LED使用寿命。
ILD8150专为LED通用照明应用而设计研发,创新的混合调光技术,最低调光电流可达目标电流的0.5%以下,支持光调灭,无闪烁。输入电压高达80V,进一步提高了距离安全电压SELV的安全裕量;平均电流输出最大可达1.5A;集成高边驱动开关,99%最大占空比是实现高效率的保证。优异的性能加上完善的保护功能,是专业LED照明的理想选择。
关键词:DC-DC;LED驱动;深度调光;高效率;英飞凌
英飞凌DC-DC LED 驱动控制芯片,分为两大类别:线性控制器BCR系列,针对LED灯串灯带应用设计,涵盖工业和汽车领域应用;开关控制ILD系列,针对两级照明系统或直流输入应用。
高可靠性以及LED长使用寿命是LED照明关键要素。BCR系列非常适合驱动电流从10mA到250mA的中小功率LEDs。跟传统的电阻限电流方案相比,BCR控制器效率具明显优势,在全温度范围内恒流精度高,而且可以进行高频率的无闪烁PWM调光。
ILD全系列高集成DC-DC LED驱动控制器,支持电流输出范围从150mA到3A,非常适合驱动大功率或超大功率LEDs。ILD8150是一款最新款的降压型LED驱动控制器,耐压80V,输出电流达1.5A,集成智能热保护,是中大功率LEDs驱动的新选择。
1. 英飞凌DC-DC开关型控制器家族
英飞凌DC-DC开关型控制器家族如图1示, ILD6150/ILD6070降压型控制器耐压60V,集成MOSFET支持驱动电流分别达到700mA和1.5A,智能过热保护功能。ILD4001驱动外置MOSFET,功率扩展更灵活。
ILD8150集成创新性混合调光模式,集成高边驱动MOSFET,支持高功率设计的同时拥有高效率。
图1 英飞凌DCDC开关型LED控制器
2. ILD8150系统概述
典型ILD8150系统如图2所示,高度集成功能和相关保护,大大减少了LED驱动控制器系统元器件数量。应用于两级方案中不但减小了输出纹波,降低了单级系统对设计余量的要求,而且大幅提高了整个系统的性能。
图2 ILD8150典型系统
ILD8150集成高边开关,集成Rdson290mohm的MOSFET,支持高功率设计,最大占空比99%, 保持系统最高效率的实现。
ILD8150输入电压范围从8V到80V,与安全特低电压 (SELV) 限值保有20V的裕量。
ILD8150集成创新混合调光技术,轻松调光到目标电流0.5%以下。在提供深度调光的同时,避免了闪烁现象的出现和可能的音频噪声。PWM调光输入信号频率范围250Hz到20kHz,控制LED 电流输出从100%到0.5%,其中100%-12.5%为模拟调光输出模式,12.5%到0.5%为混合调光输出模式,混合调光输出频率3.4kHz,满足标准要求,无闪烁现象。
精确的电流控制保证了在规模量产时电流精度在3%内,包括不同芯片间及不同输出输入状态下的差异。在调光调色以及平板灯设计中极具优势。
高精度PWM数字调光接口,以及低功耗待机模式可以使ILD8150和MCU完美配合使用。
集成软启动软停止功能,减轻了前级的输出过冲或下冲。
此外,自举电压的欠压保护和过温度保护,以及其他的保护功能一起守护着系统的安全可靠。
ILD8150封装在DSO-8封装内,支持波峰焊接,增强型的ILD8150E具有更好的散热性能。
2.1 创新深度调光
ILD8150集成创新混合调光技术,PWM调光输入信号控制LED 电流输出从100%到0.5%,其中100%-12.5%为模拟调光输出模式,12.5%到0.5%为数字调光输出模式。在模拟调光中,输出电流与内部CS 参考电压成比例,输出电流在最大电流的100%到12.5%之间进行模拟变化。在12.5%以下进行数字调光,调制信号频率3.4kHz,满足IEEE1789-2015的要求,无闪烁可见。
图3为输入PWM占空比和输出电流比例的对应关系。图6所示为调灭关断的细节。
图3 混合调光曲线
下图4所示为输出电流在模拟调光状态。
图4 输出电流波形(模拟调光状态)
图5所示输出电流在数字调光状态。
图5 输出电流波形(混合调光状态)
PWM调光输入信号占空比小于DPWM_IN,OFF时,ILD8150关闭输出级;PWM调光输入信号占空比大于DPWM_IN,ON时,ILD8150打开输出级。这个迟滞设计避免了ON/OFF边界可能的不稳定态。
图6 调灭关断
ILD8150检测DIM脚上PWM调光输入信号占空比,在模拟调光时,内部CS参考电压与此占空比成比例;在数字调光时,占空比转换成数字调光占空比。数字调光频率固定不变,与输入PWM频率无关。
2.2 数字软启动
集成软启动功能,可以在启动期间平滑输出电流瞬变。
当调光信号突然改变时,IC控制输出电流平滑的改变;如果是调光调灭,这就是一个软停的行为,实现光渐变暗的过程。避免了对初级侧输出电压造成的过冲或下冲,保证了功率调节的平稳,减轻了元器件承受的压力。
图7 输出电流软起(100%调光或DIM脚悬空)
2.3 低功率待机模式
如果关机信号(SD)被驱动到低电位超过一定时间,则低功率模式激活,IC消耗极低的电流;如果关机信号保持在高电位超过一定时间,IC会从低功率模式恢复。
图8 待机信号接口
图9 停机时序
2.4 保护功能
ILD8150具备完善的保护功能,涵盖了对初级侧的保护,对负载的保护以及对IC自身的保护。比如负载突然拉载时对初级的保护,输出过流保护,过压保护,栅极驱动欠压保护。此外,ILD8150还集成过温度保护功能。
当结温超过温度阈值时,过温保护关闭输出级。当结温降至阈值以下时,输出级再次打开。
图10 温度保护
3. 设计案例
以下为设计案例的部分测试结果,详细设计信息可以从英飞凌官网下载或咨询英飞凌工作人员。
LED驱动器规格为:
VIN=70V
ILED,AVG=1A
VLED=51V(17LEDs)
电路板输出:
电流范围:250mA-1500mA
电压范围:8V-80V
电流精度:<1%
图11为设计原理图。X9跳线组合设置输出电流从250mA到1500mA。
图11 设计案例原理图
图12是调光曲线测试图。
图12 输出电流与占空比
图13显示了17颗LED在52V至70V输入范围内的效率测量结果,使用了不同的电感量做测试,分别对应最大开关频率86kHz, 360Hkz,520kHz.
从曲线可以看出,当输入电压和输出电压相差不多时,由于开关频率相对较低,效率很高。
图13 效率曲线
4.设计工具
英飞凌提供在线设计仿真工具,方便设计者设计使用,所见即所得。点击链接即可进入图14所示界面。https://design.infineon.com/tinademo/tina.php?path=EXAMPLESROOT%7CINFINEON%7CApplications%7CLighting%7CLED%20Lighting%7C&file=lighting_led_80V_dcdc_buck_ILD8150_dimmed_V1.TSC&nocheck=on
图14 ILD8150在线设计工具界面
5.结论
本文描述了英飞凌LED DC-DC控制ILD8150的概况,并配以设计案例测试结果。ILD8150非常适合两级系统的DC-DC一级,支持宽输入宽输出设计,98%的效率,0.5%以下的调光,低待机功耗,方便与MCU配合使用。能够满足绝大多数智能照明对控制芯片的要求。
6.参考文献
Infineon_Datasheet_ILD8150_V1.0
Reference board REF_ILD8150_DC_1.5A LED driver IC
Power and Sensing Selection Guide 2019
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