LED 드라이버 칩 소개
자동차 전자 산업의 급속한 발전에 따라 입력 전압 범위가 넓은 고밀도 LED 드라이버 칩은 외부 전면 및 후면 조명, 내부 조명 및 디스플레이 백라이트를 포함한 자동차 조명에 널리 사용됩니다.
LED 드라이버 칩은 디밍 방식에 따라 아날로그 디밍과 PWM 디밍으로 나눌 수 있다.아날로그 디밍은 상대적으로 간단하고, PWM 디밍은 상대적으로 복잡하지만 선형 디밍 범위는 아날로그 디밍보다 넓습니다.전원 관리 칩의 클래스인 LED 드라이버 칩의 토폴로지는 주로 벅 및 부스트입니다.벅 회로 출력 전류는 출력 전류 리플이 더 작으므로 출력 커패시턴스가 더 작아야 회로의 높은 전력 밀도를 달성하는 데 더 도움이 됩니다.
그림 1 출력 전류 부스트와 벅
LED 드라이버 칩의 일반적인 제어 모드는 전류 모드(CM), COFT(제어된 OFF 시간) 모드, COFT 및 PCM(피크 전류 모드) 모드입니다.전류 모드 제어와 비교하여 COFT 제어 모드는 루프 보상이 필요하지 않으므로 전력 밀도를 향상시키는 동시에 더 빠른 동적 응답을 제공합니다.
다른 제어 모드와 달리 COFT 제어 모드 칩에는 오프 타임 설정을 위한 별도의 COFF 핀이 있습니다.이 기사에서는 일반적인 COFT 제어 Buck LED 드라이버 칩을 기반으로 하는 COFF의 외부 회로 구성 및 주의 사항을 소개합니다.
COFF 기본 구성 및 주의사항
COFT 모드의 제어 원리는 인덕터 전류가 설정된 오프 전류 레벨에 도달하면 위쪽 튜브가 꺼지고 아래쪽 튜브가 켜지는 것입니다.꺼짐 시간이 tOFF에 도달하면 위쪽 튜브가 다시 켜집니다.상부 튜브가 꺼진 후 일정 시간(tOFF) 동안 꺼진 상태로 유지됩니다.tOFF는 회로 주변의 커패시터(COFF)와 출력 전압(Vo)에 의해 설정됩니다.이는 그림 2에 나와 있습니다. ILED는 엄격하게 조정되므로 Vo는 광범위한 입력 전압 및 온도에 걸쳐 거의 일정하게 유지되므로 Vo를 사용하여 계산할 수 있는 거의 일정한 tOFF가 발생합니다.
그림 2. 오프타임 제어회로와 tOFF 계산식
선택한 디밍 방법이나 디밍 회로에 단락된 출력이 필요한 경우 회로가 이때 제대로 시작되지 않는다는 점에 유의해야 합니다.이때 인덕터 전류 리플이 커지고 출력 전압은 설정 전압보다 훨씬 낮아져 매우 낮아진다.이 오류가 발생하면 인덕터 전류는 최대 오프 시간으로 작동합니다.일반적으로 칩 내부에 설정된 최대 오프 시간은 200us~300us에 이릅니다.이때 인덕터 전류와 출력 전압은 히컵 모드에 진입한 것으로 보이며 정상적으로 출력할 수 없습니다.그림 3은 션트 저항을 부하로 사용할 때 TPS92515-Q1의 인덕터 전류와 출력 전압의 비정상적인 파형을 보여줍니다.
그림 4는 위의 오류를 일으킬 수 있는 세 가지 유형의 회로를 보여줍니다.디밍을 위해 션트 FET를 사용하고 부하로 션트 저항을 선택하고 부하가 LED 스위칭 매트릭스 회로인 경우 모두 출력 전압을 단락시켜 정상적인 시동을 방해할 수 있습니다.
그림 3 TPS92515-Q1 인덕터 전류 및 출력 전압(저항기 부하 출력 단락 오류)
그림 4. 출력 단락을 일으킬 수 있는 회로
이를 방지하려면 출력이 단락된 경우에도 COFF를 충전하기 위해 추가 전압이 필요합니다.VCC/VDD가 COFF 커패시터를 충전하는 데 사용될 수 있는 병렬 전원은 안정적인 오프 시간을 유지하며 일정한 리플을 유지합니다.고객은 나중에 디버깅 작업을 용이하게 하기 위해 그림 5와 같이 회로를 설계할 때 VCC/VDD와 COFF 사이에 저항기 ROFF2를 예약할 수 있습니다.동시에 TI 칩 데이터시트는 일반적으로 고객의 저항 선택을 용이하게 하기 위해 칩의 내부 회로에 따라 특정 ROFF2 계산 공식을 제공합니다.
그림 5. SHUNT FET 외부 ROFF2 개선 회로
그림 3의 TPS92515-Q1의 단락 출력 오류를 예로 들면 그림 5의 수정된 방법을 사용하여 VCC와 COFF 사이에 ROFF2를 추가하여 COFF를 충전합니다.
ROFF2 선택은 2단계 프로세스로 이루어집니다.첫 번째 단계는 션트 저항기가 출력에 사용될 때 필요한 셧다운 시간(tOFF-Shunt)을 계산하는 것입니다. 여기서 VSHUNT는 션트 저항기가 부하에 사용될 때의 출력 전압입니다.
두 번째 단계는 tOFF-Shunt를 사용하여 ROFF2를 계산하는 것입니다. 이는 ROFF2를 통해 VCC에서 COFF로의 전하이며 다음과 같이 계산됩니다.
계산에 따라 적절한 ROFF2 값(50k Ohm)을 선택하고 회로 출력이 정상일 때 그림 3의 오류 사례에서 VCC와 COFF 사이에 ROFF2를 연결합니다.또한 ROFF2는 ROFF1보다 훨씬 커야 합니다.너무 낮으면 TPS92515-Q1에 최소 턴온 시간 문제가 발생하여 전류가 증가하고 칩 장치가 손상될 수 있습니다.
그림 6. TPS92515-Q1 인덕터 전류 및 출력 전압(ROFF2 추가 후 정상)
게시 시간: 2022년 2월 15일