Универсальные драйверы светодиодов с управлением по среднему току HV9961 и HV ноября 2010 г.

2 2 HV9961: Стабилизатор усредненного тока Характеристики Точная 3% стабилизация выходного тока Внешняя установка времени разомкнутого состояния ключа Линейная ргулировка яркости аналоговым сигналом Широтно-импульсная регулировка яркости «Икающая» защита от К/З Рабочая температура -40C /+125C Совместимость цоколёвки с HV9910B

3 3 Ошибка пикового тока индуктора Ошибка выходного тока I L(ERR) неотъемлимо присуща HV9910B, поскольку микросхема управляет пиковым током I L(PK) в то время, как задача состоит в стабилизации среднего тока I L(AVG).

4 4 Разброс параметров схемы на HV9910B Время разомкнутого состояния ключа: Порог срабатывания CS: ±20% Задержка токочувствительного компаратора CS: Пренебрежем для простоты Типичный разброс индуктивности: ±10% ±10%

5 5 Точность установки тока для HV9910B Ток светодиодов: Предполагая I L = I O 40%, получим разброс тока светодиодов: ±20% Типичный разброс токочувствительного резистора: ±1%

6 6 Срок службы vs. температура кристалла 7000 часов Желательная рабочая точка T J =125 С(max)

7 7 Влияние температурного сопротивления теплоотвода 7000 часов T J =150 CT J =125 C T A =66 C* *Консервативные данные

8 8 Срок службы светодиодов и микросхема HV9910B Допустим, минимальная требуемая яркость светодиода задана в люменах при минимальном выходном токе драйвера. Тогда, при точности установки тока ±20%, срок службы в часов при 66 С достижим путем: 1)увеличения количества светодиодов на 40%, т.е. питания светодиодов током в 0,56А ±20%; или 2)увеличения эффективности теплоотвода с 15 С/Вт до 9 С/Вт, т.е. увеличение его площади на 67%.

9 9 При использовании HV9910B необходим значительный допуск на разброс выходного тока. При заданной яркости осветительного устройства это увеличивает его стоимость. Вывод :

10 10 Стабилизация I LED по выходному напряжению HV9961 HV9910B

11 11 Стабилизация I LED по входному напряжению HV9961 HV9910B

12 12 Авто- калибровка Основной функциональный блок стабилизации Защита от К/З Таймер разомкнутого состояния ключа и «икающего» режима Линейная регулировка с выключением по нижнему порогу Упрощенная блок - диаграмма HV9961

13 13 Упрощенный алгоритм с постоянным T OFF Однако, алгоритм в таком упрощенном виде приводит к незатухающей 2-й субгармонике.

14 14 Итеративный алгоритм управления

15 15 Схема авто - калибровки Авто-калибровка устраняет влияние задержки распространения и входного напряжения смещения компаратора CS.

16 16 Генератор пилы ( таймер )

17 17 Влияние ограничения D 0.75 (0.8 для HV9967) Ток i RT определяет T OFF : Размах пилы на C R1 =C R2 =C R : где Решая относительно D max, получаем: Допуская V R(max) =V RT, получим С Т =40пФ согласно спецификации HV9961. Эффективная емкость C R выбрана так, чтобы удовлетворить D max >0.75 при любых условиях в пределах допустимых режимов эксплуатации. Однако, превышение D max приводит лишь к некоторому падению тока светодиодов.

18 18 Установка тока светодиодов в HV9961 По встроенному опорному напряжению: По входу LD: Отметим, что, в отличие от HV9910B, рабочий диапазон напряжения на LD установлен между 0V и 1.5V. Поэтому опорное напряжение на CS задается как V LD /5.5.

19 19 Линейная регулировка тока (HV9910DB3) Граница DCM Остаточный ток вследствие T ON(min) пороговое напр. 250мВ LD Input, V LED Current, A V IN = 24V

20 20 Регулировочная характеристика по LD (HV9961DB1) Отсутствует остаточный ток при V LD =0 (ср. с HV9910B) Допустима ШИМ регулировка по входу LD

21 21 HV9961: ШИМ димирование по входу LD При «смешанном» димировании, первое T OFF используется для инициализации Auto_ref=V LD. T OFF V LD ILIL R CS

22 22 HV9961: Отклик на PWMD При ШИМ димировании, there is no delay. Auto_ref=V LD initialized during PWMD=0. V LD R CS PWMD ILIL

23 23 Проходная ВАХ HV9961DB1 2%

24 24 Выходная ВАХ HV9961DB1 2%

25 25 Выходная ВАХ с защитой от к / з Область «икающего» режима ~240В ~120В

26 26 « Икающий » режим защиты от к / з 400мкс

27 27 HV9961 – Constant T OFF Only Constant T OFF Not Supported where and

28 28 ХарактеристикаHV9910BHV9961 Режим с постоянной частотой Резистор между RT и GNDНе предусмотрен Режим с постоянным t OFF Резистор между RT и GATE Резистор между RT и GND (корректировка номинала при переходе к HV9961) Пороговое опорное напряжение, мВ 250 или V LD (пиковое) 275 или V LD /5,5 (усредненное) Разброс опорного напряжения 10%Авто-калибровка Разброс тока светодиодов Зависит от разброса индуктивности и частоты Не зависит от разброса индуктивности и частоты HV9961 vs. HV9910B - Резюме

29 29 ХарактеристикаHV9910BHV9961 Стабилизация тока светодиодов Неудовлетворительная во многих случаях, ток светодиодов зависит от входного и выходного напряжений Отличная Диапазон напряжения на LD 0–250 мВ0,2(0,15) – 1,5 В Остаточный ток светодиодов при V LD = GND, мВ 5% (тип.) от I LED при V LD = 2500 Порог защиты от короткого замыкания, мВ Не предусмотрен440 Пауза после срабатывания защиты, мкс Не предусмотрена400 Min длительность t ON, нс Мах коэфф. заполнения 0,5 (пост. част.), 0,8 (пост. t OFF ) 0,75 HV9961 vs. HV9910B - Резюме

30 30 ПРОСТОТА СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ УВЕЛИЧЕНИЕ ЯРКОСТИ СВЕТОДИОДОВ ЗА СЧЕТ ТОЧНОСТИ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА (±3%) СОВМЕСТИМОСТЬ ЦОКОЛЁВКИ С HV9910 ШИМ РЕГУЛИРОВКА ТОКА ЛИНЕЙНАЯ РЕГУЛИРОВКА ТОКА НИЗКАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К РАЗБРОСУ ЧАСТОТЫ НИЗКАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К РАЗБРОСУ ИНДУКТИВНОСТИ ПРЕИМУЩЕСТВА HV9961:

31 31 HV9967: 350 мА драйвер со встроенным ключем на 60 В 0.8 Характеристики Скоростная стабилизация выходного тока Питание через сток выходного транзистора Внешняя установка длительности разомкнутого состояния ключа Внешняя установка тока светодиолов Широтно-импульсная регулировка яркости «Икающая» защита от К/З Защита от перегрева Рабочая температура -40C /+125C Миниатюрный корпус MSOP-8

32 32 Установки режимов в HV9967 Ток светодиодов: (R T устанавливается между выводами RT и VDD.) Длительность T OFF : Выводы AGND и PGND необходимо соединить при монтаже. Конденсатор между VDD и PGND 0.5 F(min). При выборе значения T OFF необходимо исходить из минимально возможного T ON =800ns(max): Индуктивность дросселя:

33 33 Основной функциональный блок стабилизации Аналогичный HV9961 Защита от К/З Таймер разомкнутого состояния ключа и «икающего» режима Упрощенная блок - диаграмма HV В 0,8 MOSFET Регулятор 5В с защитой от низкого напряжения Защита от перегрева

34 34 HV9967: Каскодное соединение с DN2450 Новый полевой транзистор с обеднением затвора DN В SOT-89 (DPAK по запросу) специализирован для HV9967.

35 35 Управление Q1 по истоку

36 36 Стабилизация тока светодиодов Режим «икающей» защиты

37 37 HV9967: Квадратичный понижающий преобразователь HV9967 не требует внешнего источника питания VDD и может быть использован под «плавающим» потенциалом; Квадратичный понижающий преобразователь обеспечивает высокий коэффициент преобразования напряжения m=V OUT /V IN (например возможно включение1 светодиода 3В/350mA от сети).

38 38 Напряжение на входе (Vd) и выходе (GND) ключа V IN =100B, V O =3В/300мA

39 39 Напряжение на входе (Vd) и выходе (GND) ключа V IN =400B, V O =3В/300мA

40 40 Режимы по постоянному току Коэффициент преобразования напряжения: Предполагаем V IN =100~400V, V O =2.8~3.5V, I O =350mA : Выбранное T OFF должно превышать: Выбираем T OFF =15µs. Тогда индуктивности дросселей: Дроссель L2 должен быть расчитан на ток 1.2·I O =0.42A, а L1 – на ток D max ·I O =72mA. Заметим, что насыщение L1 не приводит к аварийному режиму ввиду запирания диода D2.

41 41 Полупроводниковые элементы Диоды D1 и D2 должны быть рассчитаны на обратное напряжение Vr, равное максимальному входному напряжению V IN (max). Обратное напряжение на диоде D3 вообще говоря равно напряжению на С1: Однако, необходим определенный запас по напряжению на D3, связанный с выбросом напряжения на выходе GND U1 в результате перераспределения заряда между паразитными емкостями по входу и выходу каскода. Максимальное напряжение Q1 в выключенном состоянии HV9967 равно:

42 42 Эквивалентная схема ( без демпфирования ) Передаточная функция разомкнутой петли: Коэффициент по постоянному напряжению равен: Резонансный полюс: Ноль в правой комплексной полуплоскости (RHPZ):

43 43 ЛАФЧХ без демпфирования -180 Неустойчивость 0дБ

44 44 Неустойчивость при низком входном напряжении V IN =85B Напряжение на С1

45 45 Эквивалентная схема ( с демпфированием ) Передаточная функция разомкнутой петли: где Полагаем коэф. затухания: Полагаем также: (критическое демпфирование) Тогда:

46 46 ЛАФЧХ с демпфированием С =45 0дБ

47 47 ПРЕДЕЛЬНАЯ ПРОСТОТА СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ ВЫСОКАЯ ТОЧНОСТЬ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА МНОГООБРАЗИЕ СХЕМ ПРИМЕНЕНИЯ: Низковольтный (60В) понижающий преобразователь; Каскодное соединение с DN2450 до 500В; Квадратичный конвертер ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРЕВА ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ШИМ РЕГУЛИРОВКА ТОКА МИНИАТЮРНЫЙ КОРПУС MSOP-8 ПРЕИМУЩЕСТВА HV9967: