Resumen del Documento
"Tunable white LED drivers with BCR601 and BCR602" es una nota de aplicación publicada por Infineon Technologies el 29 de enero de 2021. El documento proporciona una guía completa para diseñar controladores de LED rentables y altamente eficientes con la máxima calidad de luz utilizando los reguladores lineales de corriente constante BCR601 y BCR602 de Infineon.
Perspectiva Clave: La iluminación LED se ha convertido en una tecnología madura con requisitos estrictos de calidad de luz. Aunque las topologías de dos etapas con un flyback de alto factor de potencia como primera etapa y un buck como segunda etapa ofrecen flexibilidad y alto rendimiento, esta nota de aplicación demuestra que el buck en el secundario puede ser reemplazado por un regulador lineal con control activo de margen (AHC) sin sacrificar la eficiencia.
Especificaciones Clave
Perspectivas Técnicas Clave
Linear Regulators with Active Headroom Control
BCR601 y BCR602 utilizan reguladores lineales con AHC para lograr eficiencias comparables a los reguladores conmutados, proporcionando al mismo tiempo corriente continua perfecta para la mejor calidad de luz posible sin efectos de parpadeo o estroboscópicos.
Máxima Calidad de Luz
El enfoque del regulador lineal proporciona corriente LED de CC pura, eliminando el parpadeo y los efectos estroboscópicos mientras cumple con las recomendaciones IEEE 1789-2015 en todas las condiciones de operación.
Diseño Multicanal Rentable
La topología del regulador lineal ofrece ventajas de costo significativas en drivers de blanco regulable y multicanal en comparación con las topologías de convertidor reductor.
Características Integrales de Protección
BCR601/602 incluyen protección contra sobretensión, protección contra sobre temperatura, protección contra conexión en caliente y protección opcional contra cortocircuitos para diseños robustos de drivers LED.
Optimización de Eficiencia
La selección adecuada de la capacitancia de salida y el ajuste del voltaje de cabeza permite una eficiencia superior al 95% manteniendo una excelente calidad de luz.
Control Flexible de Atenuación
Atenuación analógica hasta 3% sin modulación PWM, controlable mediante tensión continua o resistencia variable, proporcionando una atenuación suave sin componentes de corriente alterna.
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Acerca de este Documento
Esta nota de aplicación proporciona a los ingenieros de diseño de drivers LED y a los ingenieros de aplicación de campo una guía completa para implementar drivers LED rentables y altamente eficientes utilizando los reguladores lineales de corriente constante BCR601 y BCR602 de Infineon.
El documento demuestra cómo reemplazar la segunda etapa tradicional del convertidor reductor con un regulador lineal que cuenta con control activo de margen (AHC) sin sacrificar la eficiencia. Este enfoque logra la máxima calidad de luz posible con una solución muy rentable, particularmente beneficiosa para drivers de blanco ajustable y multicanal.
Reguladores Lineales de Corriente Constante en Drivers LED
A medida que aumentan los requisitos de calidad de luz, las topologías de drivers LED que proporcionan corriente CC casi perfecta en la salida están ganando popularidad. Los reguladores lineales BCR601 y BCR602 con control activo de margen pueden lograr eficiencias equivalentes a las etapas reductoras mientras ofrecen una calidad de luz superior.
El sistema AHC contiene dos bucles de regulación:
- El primer bucle estabiliza la corriente del LED a un valor determinado por la resistencia de detección y la referencia interna
- El segundo bucle de retroalimentación reduce la tensión diferencial casi al mínimo posible mediante el control del voltaje de salida de la primera etapa.
Las ventajas clave de este enfoque incluyen:
- La corriente LED puramente continua elimina el parpadeo y los efectos estroboscópicos.
- Cumplimiento de las recomendaciones IEEE 1789-2015 en todas las condiciones de operación
- Atenuación analógica hasta 3% sin modulación tipo PWM
- Eficiencias superiores al 95% con un diseño adecuado
Configuración y regulación de corriente LED
El regulador tiene un voltaje de referencia típico no regulado de 400mV. La corriente nominal del LED puede reducirse mediante el pin de regulación (MFIO) aplicando un voltaje DC o utilizando un resistor variable.
Optimización de Eficiencia
La pérdida de potencia total del regulador de corriente LED con AHC comprende las pérdidas en la resistencia de detección y el MOSFET. La eficiencia puede optimizarse mediante:
- Utilizando la tensión LED más alta posible para una potencia de salida determinada
- Reducción del rizado del voltaje de salida de la primera etapa
- Selección adecuada de la capacitancia de salida
- Configuración óptima del voltaje de margen
Características de protección
BCR601/602 incluyen protección integral:
- Protección contra Sobretensiones: Etapa OVP integrada con umbral configurable
- Protección contra Sobretemperatura: El sensor interno reduce la corriente del LED a 140°C de temperatura de unión
- Protección contra conexión en caliente: Limita los picos de corriente al conectar strings de LED a drivers activos
- Protección contra cortocircuitos: Circuito externo opcional para protección contra cortocircuitos en la salida
Driver LED Multicanal con BCR601 más BCR602
El enfoque del regulador lineal puede extenderse fácilmente a múltiples canales de salida añadiendo etapas BCR602. BCR602 es similar a BCR601 pero sin AHC, lo que lo hace ideal para canales adicionales en un encapsulado SOT-23-6 más pequeño.
En sistemas multicanal, la estrategia óptima es utilizar siempre el canal con la tensión de cabeza más baja para la regulación. Esto garantiza que todos los canales reciban tensión adecuada manteniendo la eficiencia.
La red para regular el V más bajoHR consta de una resistencia y un diodo de pequeña señal por canal. Este enfoque garantiza un funcionamiento adecuado en diferentes corrientes de LED en aplicaciones de blanco regulable.
Consideraciones clave para diseños multicanal:
- El comportamiento de atenuación es idéntico en todos los canales
- La protección contra sobretensión (OVP) es gestionada por BCR601 para toda la aplicación
- La protección contra cortocircuitos requiere atención a la disipación de potencia del diodo Zener
- La conexión en caliente de LED no está soportada en aplicaciones multicanal.
Diseño de Referencia para Blanco Ajustable
El diseño de referencia demuestra una implementación completa de un driver LED blanco ajustable utilizando BCR601 y BCR602. La placa puede combinarse con el concepto de placa modular de Infineon (REF-XDPL8219-U40W) o cualquier etapa primaria flyback PFC SSR.
Especificaciones de la Placa
| Parámetro | Símbolo | Mín. | Típ. | Máx. | Unidad |
|---|---|---|---|---|---|
| Rango de voltaje de entrada | VDD | 33 | 60 | V | |
| Targeted LED voltage | VLED | 33 | 53 | V | |
| Protección contra sobretensiones | VOVP | 54 | 57,9 | V | |
| Margen regulado | VHR | 1.8 | V | ||
| Corriente LED por canal | ILED | 15 | 470 | mA | |
| Eficiencia | η | 94.5 | % |
Circuit Description
El esquema de diseño de referencia incluye:
- Resistencias de ajuste de corriente para cada canal
- Circuitos de protección contra cortocircuitos de salida
- Red de configuración de tensión de margen
- Condensadores de desacoplamiento para reducción de ruido
- Divisor de voltaje OVP
- Suministro estable para circuito acoplador óptico
- Regulador de 3.3V para alimentación del controlador
Rendimiento Eléctrico
El regulador basado en BCR601 demuestra excelentes características de rendimiento:
Estabilidad de Corriente del LED
El diseño de referencia mantiene una corriente LED estable con diferentes cantidades de LEDs conectados, con una desviación mínima de la corriente objetivo.
Eficiencia del Regulador
Las mediciones de eficiencia muestran un rendimiento superior al 94% con un diseño adecuado, compitiendo eficazmente con los enfoques de reguladores conmutados mientras se proporciona una calidad de luz superior.
Análisis de Calidad Lumínica
El enfoque del regulador lineal proporciona una calidad de luz excepcional con virtualmente ninguna modulación:
- Índice de modulación inferior al 0.1% con corriente máxima del LED
- El contenido de CA permanece constante con variación en la salida de luz
- Efectos de parpadeo y estroboscópicos mínimos en todo el rango de atenuación
- Cumplimiento de estándares rigurosos de calidad de luz
Las mediciones con espectrómetro demuestran un rendimiento excelente:
| Parámetro | 689 mA | 515 mA | 320 mA | 130 mA | 56 mA | 23 mA |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pst LM | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.042 | 0.066 | 0.122 |
| SVM | 0.042 | 0.042 | 0.042 | 0.042 | 0.042 | 0.042 |
Rendimiento del Sistema
Cuando se combina con el lado primario REF-XDPL8219-U40W, el sistema completo demuestra:
- Eficiencia del sistema a plena carga superior al 87% en todos los voltajes de línea de entrada
- Excellent power factor (>0.99) over wide dimming range
- Low input current THD (<10%)
- Rendimiento térmico estable en condiciones de plena carga
Estos resultados son impresionantes para un convertidor flyback de alta potencia con segunda etapa lineal y compiten eficazmente con topologías más complejas.
Bill of Materials
El diseño de referencia incluye una lista de materiales integral con componentes de fabricantes acreditados:
| Cantidad | Designador | Descripción | Fabricante | Número de Pieza |
|---|---|---|---|---|
| 1 | C1 | 470 µF/63 V/20% | Panasonic | EEU-FC1J471 |
| 1 | U1 | BCR601 | Infineon Technologies | BCR601 |
| 1 | U21 | BCR602 | Infineon Technologies | BCR602 |
| 2 | Q2, Q22 | BSP716N | Infineon Technologies | BSP716N H6327 |
| 1 | G41 | FX1117ME V33/PG-SOT-223 | Infineon Technologies | IFX1117ME V33 |
Nota: Lo anterior es solo un resumen del contenido de la nota de aplicación. El documento completo contiene extensos detalles técnicos, diagramas de circuitos, gráficos de rendimiento y cálculos de diseño. Recomendamos descargar el PDF completo para la implementación técnica en profundidad.