リファレンス回路 4384

昇圧バックライトLEDドライバ



ドライバ基板にはMAX16809を搭載 拡大表示+

このリファレンスデザインはTFTディスプレイ用のLEDバックライトドライバです。電気的入力要件および出力性能は次の通りです。

VIN:8VDC (1.667Aにおいて)~18VDC (730mAにおいて)、50VDCトランジェント耐圧
PWMIN:250Hz、2µs (min)のパルス、> 3.3VDCで0mA、< 0.3VDCで10mA
VLEDの構成:直列に6または8つのLED (2.89VDC~4.2VDC) (34VDC (max))、3並列ストリング、ストリング当たり150mA

このリファレンスデザインはTFTディスプレイ用のLEDバックライトドライバです。電気的入力要件および出力性能は次の通りです。

VIN:8VDC (1.667Aにおいて)~18VDC (730mAにおいて)、50VDCトランジェント耐圧
PWMIN:250Hz、2µs (min)のパルス、> 3.3VDCで0mA、< 0.3VDCで10mA
VLEDの構成:直列に6または8つのLED (2.89VDC~4.2VDC) (34VDC (max))、3並列ストリング、ストリング当たり150mA

図1. ドライバ基板にはMAX16809を搭載
図1. ドライバ基板にはMAX16809を搭載

図2. ドライバ設計の回路図
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図2. ドライバ設計の回路図

図3. ドライバ設計のレイアウト
図3. ドライバ設計のレイアウト

簡単な回路の説明

このリファレンスデザインは昇圧電源および16ポートLEDドライバ用の主コントローラとしてMAX16809を使用しています。16ポートの内の15ポートは5ユニットにグループ化され、各3並列のLEDストリングを駆動します。電源を昇圧する場合は、出力電圧は入力電源電圧よりも必ず高くなります。昇圧電源は200kHzの周波数で動作します。それはパワー部品の小型化に十分に速く、しかもスイッチングMOSFETの過熱を防止するために十分に遅い周波数です。

この設計は出力に2つの低ESR電解コンデンサを使用しています。これらのコンデンサはPWM信号が負荷をゼロにしたときの電源の誘導エネルギーを吸収するために必要です。LEDストリング用の出力電圧は4ピンのヘッダから利用可能です。VLED+はヘッダのピン1で、ピン2、3、および4はVLED-のピンです。必要とする場合は出力コンデンサ用のパッドが利用可能ですが、実装されていません。Q2-D2-R8の回路は電流モードPWMコントローラ用のスロープ補償を提供します。この回路はRTCTランプ電圧に従い、R7に電流を注入して、ランプ電圧を生成して、デューティサイクルが50%を超える場合(入力電圧が最低の場合)のコントローラのサブハーモニック発振を防止するために役立ちます。

昇圧フィードバック経路はアダプティブとレスティングの2つのモードを備えています。アダプティブモード(PWM信号がハイの場合)では最低のドライバ電圧(最大の直列LEDストリング電圧)がおよそ1.0VDCにレギュレートされるように各出力が「ダイオードOR接続」されます。このことにより、LEDドライバが正常な動作をするための十分なヘッドルームが与えられます。その他のLEDストリングはより小さい直列電圧を持つため、これらのドライバはより大きいヘッドルームを持つことになります。アダプティブモードではリニアLEDドライバによる電力消費が最小になります。LEDの絶対電圧降下は重要ではありませんが、この方法が有効であるためには、相対順方向電圧は相互に200mV以内でなければなりません。熱を消費するためには、MAX16809はパッケージのエクスポーズドパッドの下に熱ビアを使用して、大きい銅プレーンに対する良好な熱接続を備えなければなりません。この基板では、底プレーンがICに対する冷却を提供しますが、より大きい表面積の複数プレーンのグランドを使用すると、熱をより良く逃がせます。

レスティングモード(PWM信号をローにした場合)では、VLEDは従来の電源と同様にレギュレートされ、電圧は非常に短いパルスに対する動作を保証する電圧に上昇します。電源の磁気回路は短いパルスに対して急速に充電不可能であるため、すべてのエネルギーは出力コンデンサから供給しなければなりません。レスティングモードでは、磁気回路が応答可能になるまで、コンデンサがこのエネルギーを維持するために十分に充電されることが保証されます。皮肉にも、入力電流はアダプティブモードの場合よりも、レスティングモードの始めには、より大きいサージになります。これが起こるのは大きい出力コンデンサを充電する必要があるからです。オン時間の内の長い間、アダプティブエネルギーは出力コンデンサのみから供給されて、スイッチは休止し、入力電流はゼロに低下します。

ツェナーダイオードのD10は回路に対する過電圧保護を与えます。LEDストリングが切断された場合、適応型電圧制御は1.0VDCの要件を満たそうと、VLEDを大きくしようとします。D10によって出力電圧は38.5VDCに制限されます。この電圧は回路に損傷を与えませんが、その場合のLEDドライバの電力消費によってMAX16809を過熱します。これが起こった場合、チップの内部回路は温度が低下するまで、ドライバの電源を切断します。その結果の影響はLEDの点滅です。6S3P動作のために、コネクタにジャンパJ3を取り付けると、D6がD10と並列になり、クランプ電圧は29VDCに下がります。

LEDドライバはR5 (576Ω)によって30mAに設定されています。LEDストリングあたり5つのドライバを並列に接続して、ICはストリングあたり150mAを供給します。

シュミットトリガインバータのU2は発振器として構成されていて、MAX16809のSPI入力に対するクロックを提供します。DINはハイの接続になっているため、「1」の列が内部の各レジスタにクロック入力されて、すべてのLEDドライバはイネーブルになります。U2はまたPWM信号を反転して、MAX16809のOE#入力に要件を満たします。

U3 (MAX6397TATAの過電圧保護回路)によってロードダンプ中に回路の入力保護が行われ、MAX16809のリニアドライバに対して3.3VDCが提供されます。R15/R16によってシャットダウン電圧が18.85VDCの公称電圧に設定されます。Q3は低入力電圧で最小の電圧降下になるような大きさになっています。最大負荷では、公称最小動作電圧は7.82VDCと測定されました。REG出力はMAX16809のリニアドライバ(V+入力)、U2、およびR11のプルアップ抵抗に3.3VDCを供給します。

試験と性能の結果


図4. VIN = 18VおよびVIN = 36VとしたMOSFETの電流と電圧


図5. 1µsのパルスと1msのパルスでのVLED。VLEDはレスティングモードとアダプティブモードの間で切り替わります。レスティングモード中は出力コンデンサに電荷を供給するために、入力にサージ電流が流れることに注意してください。

図6. 2msのパルスと3.9msのパルスでのVLEDおよび入力電流
図6. 2msのパルスと3.9msのパルスでのVLEDおよび入力電流

温度測定

以下の温度は負荷としてOSRAMによって提供された負荷を使用して測定されました。

VIN 8VDC
Ambient +20°C
TU1 +38°C
TU3 +36°C
TQ1 +37°C
TQ3 +34°C
TL1 +37°C
TD1 +37°C
VIN 36VDC
Ambient +20°C
TU1 +39°C
TU3 +45°C
TQ1 +32°C
TQ3 +31°C
TL1 +31°C
TD1 +39°C

電源投入手順

  1. 8つのLEDの3つのストリングを出力コネクタJ1に取り付けます。この代わりに、コネクタJ3にジャンパを取り付けると、6つのLEDの3ストリングを取り付けることができます。
  2. LEDストリングの正の側はJ1のピン1に取り付けなければなりません。3つのLEDストリングの負側はJ1のピン2、3、および4に取り付けなければなりません。
  3. 電源を投入していない8V~20V (定格4A)を入力のワイヤループに取り付けます。極性が正しいことを確認してください。
  4. 回路への電源をオンにします。
  5. 250Hzのパルス波をJ4に印加します。パルス波は0V~3.3Vに可変で、デューティサイクルは0.05%~100%に可変でなければなりません。
  6. 電流検出抵抗R3のいずれかの側の大きいビアによって、接地したコイルとシングルエンドのスコーププローブを使用すると、低ノイズ測定が可能です。
 
Status:
Package:
Temperature:

MAX16809
スイッチモードブーストおよびSEPICコントローラ付き、高集積16チャネルLEDドライバ

  • 16個の定電流出力チャネル(各最大55mA)
  • 出力間電流マッチング:±3%
  • チャネルの並列接続によってLED列あたりの電流を増大

MAX6397
過電圧保護スイッチ/リミッタコントローラ、最大72Vまで動作

  • 広い電源電圧範囲:5.5V~72V
  • 過電圧保護コントローラによって、外付けnチャネルMOSFETの小型化が可能
  • 内蔵チャージポンプ回路によってMOSFETのゲート-ソース間をエンハンスし、低いRDS(ON)性能を実現