Drivers de LED Branco Ajustável

Sobre este Documento

Esta nota de aplicação fornece aos engenheiros de projeto e engenheiros de aplicação em campo uma orientação abrangente para implementar drivers de LED econômicos e altamente eficientes usando os reguladores lineares de corrente constante BCR601 e BCR602 da Infineon.

O documento demonstra como substituir o segundo estágio tradicional do conversor buck por um regulador linear com controle ativo de headroom (AHC) sem sacrificar a eficiência. Esta abordagem atinge a mais alta qualidade de luz possível com uma solução muito custo-efetiva, sendo particularmente benéfica para drivers de branco ajustável e multicanal.

Reguladores Lineares de Corrente Constante em Drivers de LED

Com o aumento das exigências de qualidade de luz, as topologias de drivers LED que fornecem corrente DC quase perfeita na saída estão ganhando popularidade. Os reguladores lineares BCR601 e BCR602 com controle ativo de headroom podem alcançar eficiências equivalentes às dos estágios buck enquanto entregam qualidade de luz superior.

O sistema AHC contém dois circuitos de regulação:

• O primeiro circuito estabiliza a corrente do LED para um valor determinado pelo resistor de sensibilidade e referência interna
• O segundo circuito de realimentação reduz a tensão de sobrecarga próximo ao mínimo possível, controlando a tensão de saída do primeiro estágio.

Principais vantagens desta abordagem incluem:

• A corrente LED puramente CC elimina cintilações e efeitos estroboscópicos.
• Conformidade com as recomendações IEEE 1789-2015 em todas as condições operacionais
• Atenuação analógica até 3% sem modulação do tipo PWM
• Eficiências superiores a 95% com um design adequado

Configuração e Dimmerização da Corrente LED

O regulador possui uma tensão de referência típica não atenuada de 400mV. A corrente nominal do LED pode ser reduzida através do pino de dimerização (MFIO), seja aplicando uma tensão contínua ou utilizando um resistor variável.

Otimização de Eficiência

A perda total de potência do regulador de corrente LED com AHC consiste nas perdas no resistor de deteção e no MOSFET. A eficiência pode ser otimizada através de:

• Utilizar a maior tensão de LED possível para uma determinada potência de saída
• Redução da ondulação da tensão de saída do primeiro estágio
• Seleção adequada da capacitância de saída
• Configuração ideal da tensão headroom

Recursos de Proteção

BCR601/602 incluem proteção abrangente:

• Proteção contra Sobretensão: Estágio OVP integrado com limite configurável
• Proteção contra Sobretemperatura: Sensor interno reduz a corrente do LED a 140°C de temperatura de junção
• Proteção contra Hot-plug: Limita picos de corrente ao conectar cadeias de LED a drivers ativos
• Proteção contra Curto-circuito: Circuito externo opcional para proteção contra curto-circuito na saída

Driver de LED Multicanal com BCR601 mais BCR602

A abordagem do regulador linear pode ser facilmente estendida para múltiplos canais de saída adicionando estágios BCR602. O BCR602 é semelhante ao BCR601 mas sem AHC, tornando-o ideal para canais adicionais em um encapsulamento SOT-23-6 menor.

Em sistemas multicanal, a estratégia ideal é utilizar sempre o canal com a menor tensão de headroom para regulação. Isto garante que todos os canais recebam tensão adequada, mantendo a eficiência.

A rede para regular o menor V_HR consiste em um resistor e um pequeno diodo de sinal por canal. Esta abordagem garante o funcionamento adequado em diversas correntes de LED em aplicações de branco ajustável.

Considerações principais para projetos multicanal:

• O comportamento de dimerização é idêntico em todos os canais
• A proteção contra sobretensão (OVP) é gerida pelo BCR601 para toda a aplicação
• A proteção contra curto-circuito requer atenção à dissipação de energia do díodo Zener
• A conexão a quente de LEDs não é suportada em aplicações multicanal.

Projeto de Referência para Branco Ajustável

O projeto de referência demonstra uma implementação completa de driver de LED branco ajustável utilizando BCR601 e BCR602. A placa pode ser combinada com o conceito de placa modular da Infineon (REF-XDPL8219-U40W) ou qualquer estágio primário flyback PFC SSR.

Especificações da Placa

Descrição do Circuito

O esquema de referência do projeto inclui:

• Resistências de definição de corrente para cada canal
• Circuitos de proteção contra curto-circuito na saída
• Rede de configuração da tensão de headroom
• Capacitores de desacoplamento para redução de ruído
• Divisor de tensão OVP
• Alimentação estável para circuito acoplador óptico
• Regulador de 3.3V para alimentação do controlador

Desempenho Elétrico

O regulador baseado em BCR601 demonstra excelentes características de desempenho:

Estabilidade da Corrente LED

O projeto de referência mantém a corrente LED estável com diferentes quantidades de LEDs conectados, apresentando desvio mínimo da corrente alvo.

Eficiência do Regulador

As medições de eficiência demonstram desempenho superior a 94% com projeto adequado, competindo efetivamente com abordagens de reguladores chaveados enquanto oferece qualidade luminosa superior.

Análise de Qualidade da Luz

A abordagem do regulador linear proporciona uma qualidade de luz excepcional com virtualmente nenhuma modulação:

• Índice de modulação inferior a 0,1% na corrente máxima do LED
• O conteúdo de CA mantém-se constante com variação da potência luminosa
• Efeitos mínimos de cintilação e estroboscópicos em toda a gama de dimerização
• Conformidade com rigorosos padrões de qualidade luminosa

Medições com espectrómetro luminoso demonstram desempenho excepcional:

Desempenho do Sistema

Quando combinado com o primário REF-XDPL8219-U40W, o sistema completo demonstra:

• Eficiência do sistema em plena carga acima de 87% em todas as tensões de entrada
• Excellent power factor (>0.99) over wide dimming range
• Low input current THD (<10%)
• Desempenho térmico estável em condições de carga total

Estes resultados são impressionantes para um conversor flyback de alta potência com estágio secundário linear e competem eficazmente com topologias mais complexas.

Bill of Materials

O projeto de referência inclui uma lista de materiais abrangente com componentes de fabricantes renomados: