Einführung in den LED-Treiberchip
Mit der rasanten Entwicklung der Automobilelektronikindustrie werden LED-Treiberchips mit hoher Dichte und großem Eingangsspannungsbereich häufig in der Automobilbeleuchtung eingesetzt, einschließlich Außenbeleuchtung vorne und hinten, Innenbeleuchtung und Display-Hintergrundbeleuchtung.
LED-Treiberchips können je nach Dimmmethode in analoges Dimmen und PWM-Dimmen unterteilt werden.Analoges Dimmen ist relativ einfach, PWM-Dimmen ist relativ komplex, aber der lineare Dimmbereich ist größer als beim analogen Dimmen.LED-Treiberchip ist eine Klasse von Energieverwaltungschips, deren Topologie hauptsächlich Buck und Boost ist.Der Ausgangsstrom der Buck-Schaltung ist kontinuierlich, so dass die Welligkeit des Ausgangsstroms geringer ist, was eine kleinere Ausgangskapazität erfordert und eine höhere Leistungsdichte der Schaltung ermöglicht.
Abbildung 1 Ausgangsstrom-Boost vs. Buck
Die gängigen Steuermodi von LED-Treiberchips sind der Strommodus (CM), der COFT-Modus (kontrollierte Ausschaltzeit), der COFT- und der PCM-Modus (Spitzenstrommodus).Im Vergleich zur Strommodussteuerung erfordert der COFT-Steuerungsmodus keine Schleifenkompensation, was zur Verbesserung der Leistungsdichte bei gleichzeitig schnellerer dynamischer Reaktion beiträgt.
Im Gegensatz zu anderen Steuermodi verfügt der COFT-Steuermodus-Chip über einen separaten COFF-Pin für die Einstellung der Ausschaltzeit.In diesem Artikel werden die Konfiguration und Vorsichtsmaßnahmen für die externe Schaltung von COFF basierend auf einem typischen COFT-gesteuerten Buck-LED-Treiberchip vorgestellt.
Grundkonfiguration von COFF und Vorsichtsmaßnahmen
Das Steuerprinzip des COFT-Modus besteht darin, dass, wenn der Induktorstrom den eingestellten Strompegel erreicht, die obere Röhre ausgeschaltet und die untere Röhre eingeschaltet wird.Wenn die Ausschaltzeit tOFF erreicht, schaltet sich das Oberrohr wieder ein.Nachdem sich das Oberrohr ausgeschaltet hat, bleibt es für eine konstante Zeit (tOFF) ausgeschaltet.tOFF wird durch den Kondensator (COFF) und die Ausgangsspannung (Vo) an der Peripherie der Schaltung eingestellt.Dies ist in Abbildung 2 dargestellt. Da die ILED streng reguliert ist, bleibt Vo über einen weiten Bereich von Eingangsspannungen und Temperaturen nahezu konstant, was zu einem nahezu konstanten tOFF führt, der mit Vo berechnet werden kann.
Abbildung 2. Ausschaltzeit-Steuerkreis und tOFF-Berechnungsformel
Es ist zu beachten, dass der Schaltkreis zu diesem Zeitpunkt nicht ordnungsgemäß startet, wenn die ausgewählte Dimmmethode oder der Dimmschaltkreis einen kurzgeschlossenen Ausgang erfordert.Zu diesem Zeitpunkt wird die Welligkeit des Induktorstroms groß, die Ausgangsspannung wird sehr niedrig und liegt weit unter der eingestellten Spannung.Wenn dieser Fehler auftritt, arbeitet der Induktorstrom mit der maximalen Ausschaltzeit.Normalerweise beträgt die im Chip eingestellte maximale Ausschaltzeit 200us~300us.Zu diesem Zeitpunkt scheinen der Induktorstrom und die Ausgangsspannung in einen Schluckaufmodus zu geraten und können nicht normal ausgegeben werden.Abbildung 3 zeigt die abnormale Wellenform des Induktorstroms und der Ausgangsspannung des TPS92515-Q1, wenn der Shunt-Widerstand als Last verwendet wird.
Abbildung 4 zeigt drei Arten von Stromkreisen, die die oben genannten Fehler verursachen können.Wenn der Shunt-FET zum Dimmen verwendet wird, der Shunt-Widerstand für die Last ausgewählt wird und die Last eine LED-Schaltmatrixschaltung ist, kann es bei allen zu einem Kurzschluss der Ausgangsspannung und einem normalen Start kommen.
Abbildung 3 TPS92515-Q1 Induktorstrom und Ausgangsspannung (Kurzschlussfehler am Widerstandslastausgang)
Abbildung 4. Schaltkreise, die Ausgangskurzschlüsse verursachen können
Um dies zu vermeiden, ist auch bei einem Kurzschluss des Ausgangs noch eine zusätzliche Spannung zum Laden des COFF erforderlich.Die parallele Versorgung VCC/VDD kann zum Laden der COFF-Kondensatoren verwendet werden, sorgt für eine stabile Ausschaltzeit und eine konstante Welligkeit.Kunden können beim Entwurf der Schaltung einen Widerstand ROFF2 zwischen VCC/VDD und COFF reservieren, wie in Abbildung 5 dargestellt, um spätere Debugging-Arbeiten zu erleichtern.Gleichzeitig enthält das Datenblatt des TI-Chips normalerweise die spezifische ROFF2-Berechnungsformel entsprechend der internen Schaltung des Chips, um dem Kunden die Auswahl des Widerstands zu erleichtern.
Abbildung 5. Externe ROFF2-Verbesserungsschaltung für Shunt-FET
Am Beispiel des Kurzschluss-Ausgangsfehlers des TPS92515-Q1 in Abbildung 3 wird die modifizierte Methode in Abbildung 5 verwendet, um ein ROFF2 zwischen VCC und COFF hinzuzufügen, um das COFF aufzuladen.
Die Auswahl von ROFF2 ist ein zweistufiger Prozess.Der erste Schritt besteht darin, die erforderliche Abschaltzeit (tOFF-Shunt) zu berechnen, wenn der Shunt-Widerstand als Ausgang verwendet wird, wobei VSHUNT die Ausgangsspannung ist, wenn der Shunt-Widerstand als Last verwendet wird.
Der zweite Schritt besteht darin, mithilfe von tOFF-Shunt ROFF2 zu berechnen. Dabei handelt es sich um die Ladung von VCC zu COFF über ROFF2, die wie folgt berechnet wird.
Wählen Sie basierend auf der Berechnung den entsprechenden ROFF2-Wert (50 kOhm) und verbinden Sie ROFF2 zwischen VCC und COFF im Fehlerfall in Abbildung 3, wenn der Schaltkreisausgang normal ist.Beachten Sie außerdem, dass ROFF2 viel größer sein sollte als ROFF1;Wenn der Wert zu niedrig ist, treten beim TPS92515-Q1 Probleme mit der minimalen Einschaltzeit auf, was zu einem erhöhten Strom und möglichen Schäden am Chipgerät führen kann.
Abbildung 6. Induktorstrom und Ausgangsspannung des TPS92515-Q1 (normal nach dem Hinzufügen von ROFF2)
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 15. Februar 2022