ドキュメント概要
「BCR601およびBCR602を用いた調光可能白色LEDドライバ」は、インフィニオン・テクノロジーズが2021年1月29日に公開したアプリケーションノートです。本ドキュメントでは、インフィニオンのBCR601およびBCR602リニア定電流レギュレータを使用し、コスト効率に優れ、高効率で最高の光品質を備えたLEDドライバを設計するための包括的なガイダンスを提供します。
主要インサイト： LED照明は光質に対する要求が厳格化される中、成熟した技術となっている。高力率フライバックを第1段、バックコンバータを第2段とする2段トポロジーは柔軟性と高性能を実現するが、本アプリケーションノートでは、二次側のバックコンバータを能動的ヘッドルーム制御(AHC)搭載のリニアレギュレータに置き換えても効率を損なわないことを実証する。
Key Specifications
Key Technical Insights
アクティブ・ヘッドルーム制御を備えたリニア・レギュレータ
BCR601とBCR602はAHC搭載のリニアレギュレータを採用し、スイッチングレギュレータに匹敵する高効率を実現。さらに、揺らぎやストロボ効果のない最適な光品質を実現するため、完璧な直流供給を提供します。
Highest Light Quality
The linear regulator approach provides pure DC LED current, eliminating flicker and stroboscopic effects while meeting IEEE 1789-2015 recommendations under all operating conditions.
コスト効率の高いマルチチャネル設計
リニアレギュレータ方式は、バックコンバータ方式と比較して、調光可能なホワイト照明及びマルチチャンネルドライバーにおいて大幅なコスト優位性を提供します。
Comprehensive Protection Features
BCR601/602は、堅牢なLEDドライバー設計のための過電圧保護、過熱保護、ホットプラグ保護、およびオプションの短絡保護を備えています。
Efficiency Optimization
Proper selection of output capacitance and headroom voltage setting enables efficiency above 95% while maintaining excellent light quality.
Flexible Dimming Control
Analog dimming down to 3% without PWM modulation, with control via DC voltage or variable resistor, providing smooth dimming without AC components.
コンテンツ概要
Document Contents
About this Document
本アプリケーションノートは、InfineonのBCR601およびBCR602リニア定電流レギュレータを使用した、コスト効率に優れ高効率なLEDドライバーの実装について、LEDドライバー設計エンジニアおよびフィールドアプリケーションエンジニア向けに包括的なガイダンスを提供します。
本資料は、効率を犠牲にすることなく、アクティブヘッドルーム制御（AHC）を備えたリニアレギュレータで従来のバックコンバータ第2段を置き換える方法を示しています。このアプローチは、非常にコスト効率の高いソリューションで最高品質の光を実現し、特に調光可能な白色照明およびマルチチャネルドライバーに有効です。
LEDドライバーにおけるリニア定電流レギュレータ
光品質要求が高まるにつれ、出力時にほぼ完全なDC電流を供給するLEDドライバートポロジーが注目を集めています。アクティブヘッドルーム制御を搭載したBCR601およびBCR602リニアレギュレータは、バックコンバータ段と同等の効率を維持しつつ、優れた光品質を実現します。
AHCシステムには2つの制御ループが含まれています：
- The first loop stabilizes the LED current to a value determined by the sense resistor and internal reference
- The second feedback loop reduces the overhead voltage close to the minimum possible by controlling the output voltage of the first stage
このアプローチの主な利点は以下の通りです：
- ピュアDC LED電流はちらつきとストロボ効果を排除します。
- 全ての動作条件においてIEEE 1789-2015勧告に準拠
- PWM様変調なしで3%までのアナログ調光
- Efficiencies above 95% with proper design
LED Current Setting and Dimming
The regulator has a non-dimmed typical reference voltage of 400mV. The nominal LED current can be reduced through the dimming pin (MFIO) either by applying a DC voltage or using a variable resistor.
Efficiency Optimization
Total power loss of the LED current regulator with AHC consists of losses in the sense resistor and the MOSFET. Efficiency can be optimized by:
- Using the highest possible LED voltage for a given output power
- Reducing output voltage ripple of the first stage
- Proper selection of output capacitance
- Optimal setting of headroom voltage
Protection Features
BCR601/602には包括的な保護機能が含まれます：
- Overvoltage Protection: Built-in OVP stage with configurable threshold
- Overtemperature Protection: Internal sensor reduces LED current at 140°C junction temperature
- ホットプラグ保護: アクティブドライバーにLEDストリングを接続する際の電流スパイクを抑制します
- Short-circuit Protection: Optional external circuit for output short protection
BCR601およびBCR602を用いたマルチチャネルLEDドライバー
リニアレギュレータ方式は、BCR602段を追加することで、複数の出力チャネルに容易に拡張できます。BCR602はBCR601と同様ですがAHCを持たないため、より小型のSOT-23-6パッケージで追加チャネルに最適です。
マルチチャネルシステムでは、常にヘッドルーム電圧が最も低いチャネルをレギュレーションに使用するのが最適戦略です。これにより、効率を維持しながら全てのチャネルに適切な電圧が供給されます。
最低VをレギュレートするためのネットワークHR consists of one resistor and a small signal diode per channel. This approach ensures proper operation across varying LED currents in tunable white applications.
Key considerations for multichannel designs:
- ディミング動作はチャネル間で同一です。
- アプリケーション全体のOVPはBCR601によって管理されます。
- Short-circuit protection requires attention to Zener diode power dissipation
- マルチチャネルアプリケーションではLEDのホットプラグはサポートされていません
調光可能なホワイトリファレンスデザイン
このリファレンスデザインは、BCR601とBCR602を使用した完全な調光可能な白色LEDドライバーの実装を示しています。このボードは、Infineonのモジュラーボードコンセプト（REF-XDPL8219-U40W）または任意のSSR PFCフライバック一次段と組み合わせることができます。
Board Specifications
| パラメータ | シンボル | Min. | タイプ。 | マックス。 | ユニット |
|---|---|---|---|---|---|
| Input voltage range | VDD | 33 | 60 | V | |
| ターゲットLED電圧 | VLED | 33 | 53 | V | |
| Overvoltage protection | VOVP | 54 | 57.9 | V | |
| レギュレーテッド・ヘッドルーム | VHR | 1.8 | V | ||
| チャネルあたりのLED電流 | ILED | 15 | 470 | mA | |
| Efficiency | η | 94.5 | % |
Circuit Description
The reference design schematic includes:
- Current setting resistors for each channel
- Output short-circuit protection circuits
- ヘッドルーム電圧設定ネットワーク
- ノイズ低減用デカップリングコンデンサ
- OVP voltage divider
- Stable supply for optocoupler circuit
- コントローラー電源用3.3Vレギュレータ
Electrical Performance
BCR601ベースのレギュレータは、優れた性能特性を示しています：
LED Current Stability
The reference design maintains stable LED current across varying numbers of connected LEDs, with minimal deviation from the target current.
Regulator Efficiency
Efficiency measurements show performance above 94% with proper design, competing effectively with switching regulator approaches while providing superior light quality.
Light Quality Analysis
The linear regulator approach delivers exceptional light quality with virtually no modulation:
- Modulation index less than 0.1% at maximum LED current
- AC content remains constant with varying light output
- Minimal flicker and stroboscopic effects across the dimming range
- Compliance with stringent light quality standards
Measurements with a spectral light meter show excellent performance:
| パラメータ | 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 |
System Performance
REF-XDPL8219-U40W一次側と組み合わせることで、完全なシステムは以下の性能を実証します：
- Full load system efficiency above 87% across input line voltages
- Excellent power factor (>0.99) over wide dimming range
- Low input current THD (<10%)
- Stable thermal performance under full load conditions
これらの結果は、リニア第二段を備えた高電力フライバックコンバータとしては驚くべき性能であり、より複雑なトポロジーと効果的に競合するものである。
Bill of Materials
リファレンスデザインには、信頼できるメーカーの部品を含む包括的な部品表が含まれています：
| Qty | Designator | Description | メーカー | Part Number |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Note: The above is only a summary of the application note content. The complete document contains extensive technical details, circuit diagrams, performance graphs, and design calculations. We recommend downloading the full PDF for in-depth technical implementation.