مرور سند
"Tunable white LED drivers with BCR601 and BCR602" یک یادداشت کاربردی است که توسط Infineon Technologies در 29 ژانویه 2021 منتشر شده است. این سند راهنمای جامعی برای طراحی درایورهای LED مقرونبهصرفه، با بازدهی بالا و بالاترین کیفیت نور با استفاده از رگولاتورهای جریان ثابت خطی BCR601 و BCR602 اینفینئون ارائه میدهد.
بینش کلیدی: روشنایی LED به فناوری بالغی تبدیل شده که نیازمند الزامات سختگیرانه برای کیفیت نور است. اگرچه توپولوژیهای دو مرحلهای با یک فلایبک با ضریب توان بالا به عنوان مرحله اول و یک بَک به عنوان مرحله دوم، انعطافپذیری و عملکرد بالایی ارائه میدهند، این یادداشت کاربردی نشان میدهد که میتوان بَک در سمت ثانویه را با یک رگولاتور خطی مجهز به کنترل فعال حاشیه (AHC) جایگزین کرد بدون آنکه در بازدهی اختلالی ایجاد شود.
مشخصات کلیدی
بینشهای فنی کلیدی
Linear Regulators with Active Headroom Control
BCR601 و BCR602 از رگولاتورهای خطی با AHC استفاده میکنند تا به بازدهی قابل مقایسه با رگولاتورهای سوئیچینگ دست یابند و در عین حال جریان DC کامل را برای بهترین کیفیت نور ممکن بدون اثرات سوسوزن یا استروبوسکوپی فراهم کنند.
بالاترین کیفیت نور
رویکرد رگولاتور خطی جریان DC خالص برای LED فراهم میکند، اثرات سوسوزدن و استروبوسکوپی را حذف کرده و در عین حال تحت تمام شرایط کاری با توصیههای IEEE 1789-2015 مطابقت مینماید.
طراحی چند کاناله مقرون به صرفه
توپولوژی رگولاتور خطی در مقایسه با توپولوژیهای مبدل باک، مزایای هزینهای قابل توجهی در درایورهای سفید قابل تنظیم و چند کاناله ارائه میدهد.
ویژگیهای حفاظتی جامع
BCR601/602 شامل حفاظت در برابر اضافهولتاژ، حفاظت در برابر اضافهدما، حفاظت هاتپلاگ و حفاظت اختیاری در برابر اتصال کوتاه برای طراحیهای مقاوم درایور LED میباشد.
بهینهسازی بازدهی
انتخاب مناسب خازن خروجی و تنظیم ولتاژ حاشیه، دستیابی به بازدهی بالای 95٪ را ممکن ساخته و در عین حال کیفیت نور عالی را حفظ میکند.
کنترل انعطافپذیر تنظیم نور
رقیقسازی آنالوگ تا 3٪ بدون مدولاسیون PWM، با کنترل از طریق ولتاژ DC یا مقاومت متغیر، ارائه رقیقسازی یکنواخت بدون مؤلفههای AC.
مرور محتوا
محتوای سند
درباره این سند
این یادداشت کاربردی، راهنمایی جامعی برای مهندسان طراحی درایور LED و مهندسان کاربردی میدانی در زمینه پیادهسازی درایورهای LED مقرونبهصرفه و بسیار کارآمد با استفاده از رگولاتورهای خطی جریان ثابت BCR601 و BCR602 اینفینئون ارائه میدهد.
این سند نشان میدهد که چگونه میتوان مرحله دوم مبدل کاهنده سنتی را با یک رگولاتور خطی مجهز به کنترل فعال هدرم (AHC) جایگزین کرد، بدون آنکه در بازدهی sacrificی داده شود. این رویکرد با راهحلی بسیار مقرونبهصرفه، بالاترین کیفیت نور ممکن را محقق میسازد و بهویژه برای درایورهای سفید قابل تنظیم و چندکاناله سودمند است.
رگولاتورهای جریان ثابت خطی در درایورهای LED
با افزایش نیازمندیهای کیفیت نور، توپولوژیهای درایور LED که جریان DC تقریباً کاملی در خروجی ارائه میدهند، محبوبیت بیشتری پیدا میکنند. رگولاتورهای خطی BCR601 و BCR602 با کنترل فعال هدرم قادرند بازدهی معادل مراحل کاهنده را کسب کرده و در عین حال کیفیت نوری برتر ارائه دهند.
سیستم AHC شامل دو حلقه تنظیم است:
- حلقه اول جریان LED را به مقداری که توسط مقاومت سنس و مرجع داخلی تعیین میشود تثبیت میکند
- حلقه فیدبک دوم با کنترل ولتاژ خروجی مرحله اول، ولتاژ سربار را تا نزدیک حداقل مقدار ممکن کاهش میدهد.
مزایای کلیدی این رویکرد عبارتند از:
- جریان DC خالص LED اثرات سوسوزدن و استروبوسکوپی را حذف میکند.
- رعایت توصیههای IEEE 1789-2015 تحت تمام شرایط کاری
- کاهش نور آنالوگ تا 3٪ بدون مدولاسیون شبه-PWM
- با طراحی مناسب، بازدهی بالای 95 درصد حاصل میشود
تنظیم جریان LED و کنترل شدت روشنایی
رگولاتور دارای ولتاژ مرجع معمولی غیرقابل تنظیم 400mV است. جریان نامی LED را میتوان از طریق پین کنترل شدت روشنایی (MFIO) با اعمال ولتاژ DC یا استفاده از یک مقاومت متغیر کاهش داد.
بهینهسازی بازدهی
تلفات توان کل رگولاتور جریان LED مجهز به AHC شامل تلفات در مقاومت سنس و ماسفت میشود. بهرهوری را میتوان با موارد زیر بهینهسازی کرد:
- استفاده از بالاترین ولتاژ ممکن LED برای توان خروجی مشخص
- کاهش ریپل ولتاژ خروجی مرحله اول
- انتخاب مناسب خازن خروجی
- تنظیم بهینه ولتاژ حاشیه
ویژگیهای حفاظتی
BCR601/602 شامل حفاظت جامع:
- حفاظت در برابر اضافه ولتاژ: مرحله OVP داخلی با آستانه قابل پیکربندی
- حفاظت در برابر دمای بیش از حد: سنسور داخلی جریان LED را در دمای اتصال ۱۴۰ درجه سانتیگراد کاهش میدهد
- محافظت اتصال داغ: محدود کردن جهشهای جریان هنگام اتصال رشتههای LED به درایورهای فعال
- محافظت در برابر اتصال کوتاه: مدار خارجی اختیاری برای محافظت خروجی در برابر اتصال کوتاه
درایور LED چندکاناله با BCR601 به همراه BCR602
رویکرد رگولاتور خطی را میتوان به سادگی با افزودن مراحل BCR602 به چندین کانال خروجی گسترش داد. BCR602 مشابه BCR601 است اما بدون AHC، که آن را برای کانالهای اضافی در یک بستهبندی کوچکتر SOT-23-6 ایدهآل میسازد.
در سیستمهای چندکاناله، استراتژی بهینه این است که همیشه از کانال با کمترین ولتاژ هدرم برای تنظیم استفاده شود. این اطمینان میدهد که تمام کانالها ولتاژ کافی دریافت میکنند در حالی که بازدهی حفظ میشود.
شبکه برای تنظیم کمترین VHR شامل یک مقاومت و یک دیود سیگنال کوچک به ازای هر کانال میباشد. این روش عملکرد صحیح را در محدوده جریانهای مختلف الئیدی در کاربردهای سفید قابل تنظیم تضمین میکند.
ملاحظات کلیدی برای طراحیهای چندکاناله:
- رفتار تغییر شدت نور در تمامی کانالها یکسان است
- محافظت در برابر اضافهولتاژ توسط BCR601 برای کل کاربرد مدیریت میشود
- محافظت در برابر اتصال کوتاه نیازمند توجه به اتلاف توان دیود زنر است
- در کاربردهای چندکاناله، قابلیت تعویض داغ الئیدیها پشتیبانی نمیشود.
طراحی مرجع سفید قابل تنظیم
این طراحی مرجع، پیادهسازی کامل درایو الئیدی سفید قابل تنظیم را با استفاده از BCR601 و BCR602 نمایش میدهد. برد میتواند با مفهوم برد ماژولار Infineon (REF-XDPL8219-U40W) یا هر مرحله اولیه فلایبک PFC از نوع SSR ترکیب شود.
مشخصات برد
| پارامتر | نماد | حداقل | معمول | حداکثر | واحد |
|---|---|---|---|---|---|
| محدوده ولتاژ ورودی | VDD | 33 | 60 | V | |
| Targeted LED voltage | VLED | 33 | 53 | V | |
| محافظت در برابر اضافه ولتاژ | VOVP | 54 | 57.9 | V | |
| حاشیه تنظیمشده | VHR | 1.8 | V | ||
| جریان LED به ازای هر کانال | ILED | 15 | 470 | mA | |
| بازده | η | 94.5 | % |
شرح مدار
شماتیک طراحی مرجع شامل موارد زیر است:
- مقاومتهای تنظیم جریان برای هر کانال
- مدارهای محافظت در برابر اتصال کوتاه خروجی
- شبکه تنظیم ولتاژ هدروم
- خازنهای دکاپلینگ برای کاهش نویز
- تقسیمکننده ولتاژ OVP
- منبع تغذیه پایدار برای مدار اپتوکوپلر
- رگولاتور 3.3 ولت برای تغذیه کنترلر
عملکرد الکتریکی
رگولاتور مبتنی بر BCR601 ویژگیهای عملکردی عالی را نشان میدهد:
پایداری جریان LED
طراحی مرجع، جریان LED پایدار را در تعداد متغیر LEDهای متصل حفظ میکند با انحراف حداقلی از جریان هدف.
کارایی رگولاتور
اندازهگیریهای کارایی عملکردی بالاتر از 94% با طراحی مناسب نشان میدهند که بهطور مؤثر با رویکردهای رگولاتور سوئیچینگ رقابت میکند و در عین حال کیفیت نور برتر را ارائه میدهد.
تحلیل کیفیت نور
رویکرد رگولاتور خطی، کیفیت نور استثنایی را با مدولاسیون تقریباً صفر ارائه میدهد:
- شاخص مدولاسیون کمتر از 0.1٪ در حداکثر جریان LED
- محتوای AC با تغییر در خروجی نور ثابت میماند
- حداقل اثرات سوسوزنی و استروبوسکوپی در محدوده تنظیم نور
- انطباق با استانداردهای سختگیرانه کیفیت نور
اندازهگیریها با اسپکترومتر نوری عملکرد عالی را نشان میدهد:
| پارامتر | 689 mA | 515 میلیآمپر | 320 میلیآمپر | 130 میلیآمپر | 56 میلیآمپر | 23 میلیآمپر |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
عملکرد سیستم
هنگامی که با سمت اولیه REF-XDPL8219-U40W ترکیب شود، سیستم کامل نشان میدهد:
- بازدهی سیستم در بار کامل بیش از 87٪ در تمام ولتاژهای خط ورودی
- Excellent power factor (>0.99) over wide dimming range
- Low input current THD (<10%)
- عملکرد حرارتی پایدار تحت شرایط بار کامل
این نتایج برای یک فلایبک پرقدرت با مرحله دوم خطی چشمگیر بوده و به طور مؤثوری با توپولوژیهای پیچیدهتر رقابت میکند.
فهرست قطعات
طراحی مرجع شامل یک فهرست جامع قطعات با مؤلفههایی از تولیدکنندگان معتبر است:
| تعداد | مشخصکننده | شرح | سازنده | شماره قطعه |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
نکته: مطالب فوق تنها خلاصهای از محتوای یادداشت کاربردی است. سند کامل شامل جزئیات فنی گسترده، نمودارهای مدار، گرافهای عملکرد و محاسبات طراحی میباشد. توصیه میکنیم برای پیادهسازی فنی عمیق، فایل PDF کامل را دریافت نمایید.