가변 백색 LED 드라이버

본 문서 안내

본 애플리케이션 노트는 Infineon의 BCR601 및 BCR602 선형 정전류 레귤레이터를 활용하여 비용 효율적이고 고효율 LED 드라이버를 구현하기 위한 종합적인 지침을 LED 드라이버 설계 엔지니어와 필드 애플리케이션 엔지니어에게 제공합니다.

본 문서는 효율성을 저하시키지 않으면서 능동 헤드룸 제어(AHC) 기능을 갖춘 선형 레귤레이터로 기존 벅 컨버터 2단계를 대체하는 방법을 설명합니다. 이 접근법은 매우 비용 효율적인 솔루션으로 가능한 최고의 조명 품질을 달성하며, 특히 조절형 백색 및 다중 채널 드라이버에 유리합니다.

LED 구동기에서의 선형 정전류 레귤레이터

조명 품질 요구사항이 높아짐에 따라, 출력에서 거의 완벽한 DC 전류를 제공하는 LED 드라이버 토폴로지가 인기를 얻고 있습니다. 능동 헤드룸 제어 기능을 갖춘 BCR601 및 BCR602 선형 레귤레이터는 우수한 조명 품질을 제공하면서도 벅 스테이지와 동등한 효율을 달성할 수 있습니다.

AHC 시스템은 두 개의 제어 루프를 포함합니다:

• 첫 번째 루프는 센스 저항기와 내부 기준에 의해 결정된 값으로 LED 전류를 안정화합니다
• 두 번째 피드백 루프는 첫 번째 단계의 출력 전압을 제어하여 오버헤드 전압을 가능한 최소값 근처까지 낮춥니다.

이 접근법의 주요 장점은 다음과 같습니다:

• 순수 DC LED 전류는 플리커와 스트로보스코픽 효과를 제거합니다.
• 모든 운전 조건에서 IEEE 1789-2015 권장사항 준수
• PWM 유사 변조 없이 3%까지 구현 가능한 아날로그 디밍
• 적절한 설계로 95% 이상의 효율 달성

LED 전류 설정 및 디밍

레귤레이터는 디밍되지 않은 기준 전압이 400mV입니다. 정격 LED 전류는 DC 전압 인가 또는 가변 저항기를 통해 디밍 핀(MFIO)으로 감소시킬 수 있습니다.

효율 최적화

AHC를 갖춘 LED 전류 레귤레이터의 총 전력 손실은 센스 저항과 MOSFET에서의 손실로 구성된다. 효율은 다음과 같은 방법으로 최적화할 수 있다:

• 주어진 출력 전력에 대해 가능한 가장 높은 LED 전압 사용
• 1단계 출력 전압 리플 감소
• 출력 커패시턴스의 적절한 선정
• 헤드룸 전압의 최적 설정

보호 기능

BCR601/602는 종합적인 보호 기능을 포함합니다:

• 과전압 보호: 구성 가능한 문턱값을 갖는 내장형 OVP 단계
• 과열 보호: 내부 센서가 140°C 접합 온도에서 LED 전류를 감소시킵니다
• 핫플러그 보호: 활성 드라이버에 LED 스트링 연결 시 전류 서지를 제한합니다
• 단락 보호: 출력 단락 보호용 선택적 외부 회로

BCR601 및 BCR602를 활용한 다중 채널 LED 구동기

선형 레귤레이터 접근 방식은 BCR602 스테이지를 추가함으로써 다중 출력 채널로 쉽게 확장할 수 있습니다. BCR602는 AHC 기능이 제거된 BCR601과 유사하여, 소형 SOT-23-6 패키지로 추가 채널 구현에 이상적입니다.

다중 채널 시스템에서는 항상 헤드룸 전압이 가장 낮은 채널을 사용하여 레귤레이션을 수행하는 것이 최적의 전략입니다. 이는 모든 채널이 효율성을 유지하면서 충분한 전압을 공급받도록 보장합니다.

가장 낮은 V를 레귤레이션하기 위한 네트워크_HR 채널당 하나의 저항기와 소신호 다이오드로 구성됩니다. 이 방식은 조정형 백색 적용에서 다양한 LED 전류에 걸쳐 정상적인 동작을 보장합니다.

다중 채널 설계 시 주요 고려 사항:

• 모든 채널에서 디밍 동작이 동일합니다
• OVP는 전체 어플리케이션에 대해 BCR601에 의해 처리됩니다
• 단락 보호는 제너 다이오드의 전력 소산에 주의가 필요합니다
• 멀티채널 애플리케이션에서 LED 핫 플러그는 지원되지 않습니다

Tunable White 레퍼런스 설계

본 레퍼런스 설계는 BCR601과 BCR602를 활용한 완전한 튜너블 화이트 LED 드라이버 구현을 보여줍니다. 해당 보드는 Infineon의 모듈식 보드 개념(REF-XDPL8219-U40W) 또는 임의의 SSR PFC 플라이백 프라이머리 스테이지와 결합 가능합니다.

보드 사양

회로 설명

레퍼런스 설계 회로도에는 다음이 포함됩니다:

• 채널별 전류 설정 저항
• 출력 단락 보호 회로
• 헤드룸 전압 설정 네트워크
• 노이즈 감소용 디커플링 커패시터
• OVP 전압 분배기
• 옵토커플러 회로용 안정화 전원 공급
• 컨트롤러 전원용 3.3V 레귤레이터

전기적 성능

BCR601 기반 레귤레이터는 우수한 성능 특성을 나타냅니다:

LED 전류 안정성

레퍼런스 설계는 연결된 LED 개수 변화에 관계없이 목표 전류 대비 최소 편차로 안정적인 LED 전류를 유지합니다.

레귤레이터 효율

효율 측정 결과 적절한 설계 시 94% 이상의 성능을 나타내며, 스위칭 레귤레이터 방식과 효과적으로 경쟁하면서 우수한 광질을 제공합니다.

광질 분석

선형 레귤레이터 방식은 변조가 거의 없이 탁월한 광질을 제공합니다:

• 최대 LED 전류에서 변조 지수 0.1% 미만
• AC 함량은 광 출력 변화에 따라 일정하게 유지됩니다
• 디밍 범위 전반에 걸쳐 최소한의 플리커 및 스트로보스코픽 효과
• 엄격한 조명 품질 기준 준수

분광 조도계 측정 결과 우수한 성능을 보여줍니다:

시스템 성능

REF-XDPL8219-U40W 1차 측과 결합 시, 완전한 시스템은 다음과 같은 성능을 나타냅니다:

• 전체 입력 라인 전압 범위에서 87% 이상의 풀 로드 시스템 효율
• Excellent power factor (>0.99) over wide dimming range
• Low input current THD (<10%)
• 완전 부하 조건에서 안정적인 열 성능

이러한 결과는 선형 2단계를 갖는 고전력 플라이백 컨버터로서 인상적이며, 더 복잡한 토폴로지와 효과적으로 경쟁할 수 있습니다.

Bill of Materials

레퍼런스 설계에는 유명 제조사의 부품으로 구성된 상세한 Bill of Materials가 포함됩니다: