Panoramica del Documento
"Tunable white LED drivers with BCR601 and BCR602" è una application note pubblicata da Infineon Technologies il 29 gennaio 2021. Il documento fornisce una guida completa sulla progettazione di driver LED economici, altamente efficienti e con la massima qualità della luce utilizzando i regolatori lineari di corrente costante BCR601 e BCR602 di Infineon.
Insight Chiave: L'illuminazione a LED è diventata una tecnologia matura con requisiti stringenti per la qualità della luce. Sebbene le topologie a due stadi con flyback ad alto fattore di potenza come primo stadio e buck come secondo stadio offrano flessibilità e alte prestazioni, questa application note dimostra che il buck sul secondario può essere sostituito con un regolatore lineare con controllo attivo della headroom (AHC) senza sacrificare l'efficienza.
Specifiche Chiave
Approfondimenti Tecnici Chiave
Regolatori Lineari con Controllo Attivo dell'Headroom
BCR601 e BCR602 utilizzano regolatori lineari con AHC per raggiungere efficienze paragonabili a quelle dei regolatori switching, fornendo al contempo una corrente DC perfetta per la massima qualità luminosa senza effetti di sfarfallio o stroboscopici.
Massima Qualità Luminosa
L'approccio a regolatore lineare fornisce corrente LED CC pura, eliminando il flicker e gli effetti stroboscopici rispettando le raccomandazioni IEEE 1789-2015 in tutte le condizioni operative.
Design Multicanale Conveniente
La topologia a regolatore lineare offre significativi vantaggi di costo nei driver a luce bianca regolabile e multicanale rispetto alle topologie buck converter.
Funzionalità Complete di Protezione
BCR601/602 integrano protezione da sovratensione, protezione da surriscaldamento, protezione hot-plug e protezione da cortocircuito opzionale per progetti robusti di driver LED.
Ottimizzazione dell'Efficienza
La corretta selezione della capacità di uscita e l'impostazione della tensione di headroom consentono un'efficienza superiore al 95% mantenendo un'eccellente qualità della luce.
Controllo Flessibile della Dimmerazione
Dimmeraggio analogico fino al 3% senza modulazione PWM, controllato tramite tensione continua o resistenza variabile, garantendo una regolazione fluida senza componenti alternati.
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Informazioni sul Documento
Questa nota applicativa fornisce ai progettisti di driver LED e agli ingegneri applicativi sul campo una guida completa per implementare driver LED economici e altamente efficienti utilizzando i regolatori lineari di corrente costante BCR601 e BCR602 di Infineon.
Il documento dimostra come sostituire il tradizionale secondo stadio del convertitore buck con un regolatore lineare dotato di controllo attivo del headroom (AHC) senza sacrificare l'efficienza. Questo approccio consente di ottenere la massima qualità della luce possibile con una soluzione molto conveniente, particolarmente vantaggiosa per driver a bianco regolabile e multicanale.
Regolatori di corrente costante lineari negli alimentatori LED
Con l'aumentare dei requisiti di qualità della luce, le topologie dei driver LED che forniscono una corrente CC quasi perfetta in uscita stanno guadagnando popolarità. I regolatori lineari BCR601 e BCR602 con controllo attivo del headroom possono raggiungere efficienze pari a quelle degli stadi buck garantendo al contempo una qualità della luce superiore.
Il sistema AHC contiene due anelli di regolazione:
- Il primo anello stabilizza la corrente LED a un valore determinato dal resistore di sensing e dal riferimento interno
- Il secondo anello di retroazione riduce la tensione di overhead quasi al minimo possibile controllando la tensione di uscita del primo stadio.
I principali vantaggi di questo approccio includono:
- La corrente LED puramente CC elimina l'effetto sfarfallio e stroboscopico.
- Conformità alle raccomandazioni IEEE 1789-2015 in tutte le condizioni operative
- Dimmerazione analogica fino al 3% senza modulazione di tipo PWM
- Efficienze superiori al 95% con una progettazione adeguata
Impostazione e regolazione della corrente LED
Il regolatore presenta una tensione di riferimento tipica non regolata di 400mV. La corrente nominale del LED può essere ridotta tramite il pin di dimmeraggio (MFIO) applicando una tensione continua o utilizzando un resistore variabile.
Ottimizzazione dell'Efficienza
La perdita di potenza totale del regolatore di corrente LED con AHC consiste nelle perdite del resistore di senso e del MOSFET. L'efficienza può essere ottimizzata mediante:
- Utilizzando la tensione LED più alta possibile per una data potenza di uscita
- Riduzione del ripple della tensione di uscita del primo stadio
- Selezione appropriata della capacità di uscita
- Impostazione ottimale della tensione headroom
Caratteristiche di protezione
BCR601/602 includono protezioni complete:
- Protezione da Sovratensione: Stadio OVP integrato con soglia configurabile
- Protezione da Overtemperature: Il sensore interno riduce la corrente LED a 140°C di temperatura di giunzione
- Protezione Hot-plug: Limita i picchi di corrente durante il collegamento di stringhe LED a driver attivi
- Protezione da cortocircuito: Circuito esterno opzionale per protezione da cortocircuito in uscita
Alimentatore multicanale LED con BCR601 più BCR602
L'approccio a regolatore lineare può essere facilmente esteso a più canali di uscita aggiungendo stadi BCR602. BCR602 è simile a BCR601 ma senza AHC, rendendolo ideale per canali aggiuntivi in un package SOT-23-6 più compatto.
Nei sistemi multicanale, la strategia ottimale è utilizzare sempre il canale con la minima tensione di headroom per la regolazione. Ciò garantisce che tutti i canali ricevano una tensione adeguata mantenendo l'efficienza.
La rete per regolare la VHR consiste in un resistore e un diodo per piccoli segnali per canale. Questo approccio garantisce il corretto funzionamento con diverse correnti LED nelle applicazioni di bianco regolabile.
Considerazioni chiave per progetti multicanale:
- Il comportamento della regolazione è identico su tutti i canali
- L'OVP è gestito da BCR601 per l'intera applicazione
- La protezione da cortocircuito richiede attenzione alla dissipazione di potenza del diodo Zener
- L'hot-plug dei LED non è supportato nelle applicazioni multicanale
Design di Riferimento per Bianco Regolabile
Il reference design dimostra un'implementazione completa del driver LED bianco regolabile utilizzando BCR601 e BCR602. La scheda può essere combinata con il concetto di scheda modulare di Infineon (REF-XDPL8219-U40W) o con qualsiasi stadio primario flyback PFC SSR.
Specifiche della Scheda
| Parametro | Simbolo | Min. | Tip. | Max | Unità |
|---|---|---|---|---|---|
| Intervallo di tensione di ingresso | VDD | 33 | 60 | V | |
| Tensione LED mirata | VLED | 33 | 53 | V | |
| Protezione da sovratensione | VOVP | 54 | 57.9 | V | |
| Margine regolamentata | VHR | 1.8 | V | ||
| Corrente LED per canale | ILED | 15 | 470 | mA | |
| Efficienza | η | 94.5 | % |
Descrizione del Circuito
Lo schema di riferimento include:
- Resistenze di impostazione della corrente per ogni canale
- Circuiti di protezione da cortocircuito in uscita
- Rete di impostazione della tensione di headroom
- Condensatori di disaccoppiamento per riduzione del rumore
- Partitore di tensione OVP
- Alimentazione stabilizzata per circuito optoisolatore
- Regolatore 3.3V per l'alimentazione del controller
Prestazioni Elettriche
Il regolatore basato su BCR601 dimostra caratteristiche di prestazione eccellenti:
Stabilità della Corrente LED
Il reference design mantiene una corrente LED stabile al variare del numero di LED collegati, con una deviazione minima dalla corrente target.
Efficienza del Regolatore
Le misurazioni dell'efficienza mostrano prestazioni superiori al 94% con una progettazione adeguata, competendo efficacemente con gli approcci a regolatore switching garantendo al contempo una qualità luminosa superiore.
Analisi della Qualità Luminosa
L'approccio con regolatore lineare garantisce una qualità della luce eccezionale con modulazione praticamente assente:
- Indice di modulazione inferiore allo 0,1% alla corrente LED massima
- Il contenuto CA rimane costante al variare dell'output luminoso
- Effetti di sfarfallio e stroboscopici minimi lungo tutta la gamma di dimmerazione
- Conformità a rigorosi standard di qualità della luce
Le misurazioni con uno spettrofotometro dimostrano prestazioni eccellenti:
| Parametro | 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 |
Prestazioni del Sistema
Se combinato con il lato primario REF-XDPL8219-U40W, il sistema completo dimostra:
- Efficienza del sistema a carico completo superiore all'87% su tutte le tensioni di linea di ingresso
- Excellent power factor (>0.99) over wide dimming range
- Low input current THD (<10%)
- Prestazioni termiche stabili in condizioni di carico completo
Questi risultati sono notevoli per un alimentatore flyback ad alta potenza con secondo stadio lineare e competono efficacemente con topologie più complesse.
Bill of Materials
Il progetto di riferimento include una distinta dei materiali completa con componenti di produttori affidabili:
| Qtà | Designatore | Descrizione | Produttore | Numero di Parte |
|---|---|---|---|---|
| 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: Quanto sopra è solo un riepilogo del contenuto della nota applicativa. Il documento completo contiene dettagli tecnici estesi, diagrammi circuitali, grafici delle prestazioni e calcoli di progettazione. Si consiglia di scaricare il PDF completo per l'implementazione tecnica approfondita.