Универсальные драйверы светодиодов с управлением по среднему току HV9961 и HV9967 8 ноября 2010 г.

HV9961: Стабилизатор усредненного тока
Характеристики
❑ Точная 3% стабилизация выходного тока
❑ Внешняя установка времени разомкнутого состояния ключа
❑ Линейная ргулировка яркости аналоговым сигналом
❑ Широтно-импульсная регулировка яркости
❑ «Икающая» защита от К/З
❑ Рабочая температура -40C /+125C
❑ Совместимость цоколёвки с HV9910B

Ошибка пикового тока индуктора
Ошибка выходного тока ΔIL(ERR) неотъемлимо присуща HV9910B, поскольку микросхема управляет пиковым током IL(PK) в то время, как задача состоит в стабилизации среднего тока IL(AVG).

Разброс параметров схемы на HV9910B
Время разомкнутого состояния ключа:
Порог срабатывания CS:
±20%
Задержка токочувствительного компаратора CS:
Пренебрежем
для простоты
Типичный разброс индуктивности: ±10%
±10%

Точность установки тока для HV9910B
Ток светодиодов:
Предполагая ΔIL= IO ⋅40%,
получим разброс тока светодиодов: ±20%
Типичный разброс токочувствительного резистора: ±1%

Срок службы vs. температура кристалла
7000 часов
Желательная рабочая
точка
TJ=125°С(max)

Влияние температурного сопротивления теплоотвода
7000 часов
TJ=150°C
TJ=125°C
TA=66°C*
*Консервативные данные

Срок службы светодиодов и микросхема HV9910B
Допустим, минимальная требуемая яркость светодиода задана в люменах при минимальном выходном токе драйвера. Тогда, при точности установки тока ±20%, срок службы в 50000 часов при 66 °С достижим путем:
увеличения количества светодиодов на 40%, т.е. питания светодиодов током в 0,56А ±20%; или
увеличения эффективности теплоотвода с 15°С/Вт до
9 °С/Вт, т.е. увеличение его площади на 67%.

При использовании HV9910B необходим значительный допуск на разброс выходного тока.
При заданной яркости осветительного устройства это увеличивает его стоимость.
Вывод:

Стабилизация ILED по выходному напряжению
HV9961
HV9910B

Стабилизация ILED по входному напряжению
HV9961
HV9910B

Авто-калибровка
Основной функциональный блок стабилизации
Защита от К/З
Таймер разомкнутого состояния ключа
и «икающего» режима
Линейная регулировка с выключением по нижнему порогу
Упрощенная блок-диаграмма HV9961

Упрощенный алгоритм с постоянным TOFF
Однако, алгоритм в таком упрощенном виде приводит к незатухающей 2-й субгармонике.

Итеративный алгоритм управления

Схема авто-калибровки
Авто-калибровка устраняет влияние задержки распространения и входного напряжения смещения компаратора CS.

Генератор пилы (таймер)

Влияние ограничения D≤0.75 (0.8 для HV9967)
Ток iRT определяет TOFF:
Размах пилы на CR1=CR2=CR:
где
Решая относительно Dmax, получаем:
Допуская VR(max)=VRT, получим
СТ=40пФ согласно спецификации HV9961. Эффективная емкость CR выбрана так, чтобы удовлетворить Dmax>0.75 при любых условиях в пределах допустимых режимов эксплуатации. Однако, превышение Dmax приводит лишь к некоторому падению тока светодиодов.

Установка тока светодиодов в HV9961
По встроенному опорному напряжению:
По входу LD:
Отметим, что, в отличие от HV9910B, рабочий диапазон напряжения на LD установлен между 0V и 1.5V.
Поэтому опорное напряжение на CS задается как VLD/5.5.

Линейная регулировка тока (HV9910DB3)
Граница DCM
Остаточный ток вследствие TON(min)
пороговое напр. 250мВ
LD Input, V
LED Current, A
VIN = 24V

Регулировочная характеристика по LD (HV9961DB1)
Отсутствует остаточный ток при VLD=0 (ср. с HV9910B)
Допустима ШИМ регулировка по входу LD

HV9961: ШИМ димирование по входу LD
При «смешанном» димировании, первое TOFF используется
для инициализации Auto_ref=VLD.
TOFF
VLD
IL

HV9961: Отклик на PWMD
При ШИМ димировании, there is no delay. Auto_ref=VLD initialized during PWMD=0.
PWMD
IL

Проходная ВАХ HV9961DB1
2%

Выходная ВАХ HV9961DB1
2%

Выходная ВАХ с защитой от к/з
Область «икающего» режима
~240В
~120В

«Икающий» режим защиты от к/з
400мкс

HV9961 – Constant TOFF Only
Constant TOFF
Not Supported
where
and

HV9961 vs. HV9910B - Резюме

HV9961 vs. HV9910B - Резюме

ПРОСТОТА СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ
УВЕЛИЧЕНИЕ ЯРКОСТИ СВЕТОДИОДОВ ЗА СЧЕТ ТОЧНОСТИ СТАБИЛИЗАЦИИ ТОКА (±3%)
СОВМЕСТИМОСТЬ ЦОКОЛЁВКИ С HV9910
ШИМ РЕГУЛИРОВКА ТОКА
ЛИНЕЙНАЯ РЕГУЛИРОВКА ТОКА
НИЗКАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К РАЗБРОСУ ЧАСТОТЫ
НИЗКАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К РАЗБРОСУ ИНДУКТИВНОСТИ
ПРЕИМУЩЕСТВА HV9961:

HV9967: 350мА драйвер со встроенным
ключем на 60В 0.8Ω
Характеристики
Скоростная стабилизация выходного тока
Питание через сток выходного транзистора
Внешняя установка длительности разомкнутого состояния ключа
Внешняя установка тока светодиолов
Широтно-импульсная регулировка яркости
«Икающая» защита от К/З
Защита от перегрева
Рабочая температура -40C /+125C
Миниатюрный корпус MSOP-8

Установки режимов в HV9967
Ток светодиодов:
(RT устанавливается между выводами RT и VDD.)
Длительность TOFF:
Выводы AGND и PGND необходимо соединить при монтаже. Конденсатор между VDD и PGND 0.5μF(min).
При выборе значения TOFF необходимо исходить из минимально возможного TON=800ns(max):
Индуктивность дросселя:

Основной функциональный блок стабилизации
Аналогичный HV9961
Защита от К/З
Таймер разомкнутого состояния ключа
и «икающего» режима
Упрощенная блок-диаграмма HV9967
60В 0,8Ω MOSFET
Регулятор 5В с защитой от низкого напряжения
Защита от перегрева

HV9967: Каскодное соединение с DN2450
Новый полевой транзистор с обеднением затвора DN2450 7Ω 500В SOT-89 (DPAK по запросу) специализирован для HV9967.

Управление Q1 по истоку

Стабилизация тока светодиодов
Режим «икающей» защиты

HV9967: Квадратичный понижающий преобразователь
HV9967 не требует внешнего источника питания VDD и может быть использован под «плавающим» потенциалом;
Квадратичный понижающий преобразователь обеспечивает высокий коэффициент преобразования напряжения m=VOUT/VIN (например возможно включение1 светодиода 3В/350mA от сети).

Напряжение на входе (Vd) и выходе (GND) ключа
VIN=100B, VO=3В/300мA

Напряжение на входе (Vd) и выходе (GND) ключа
VIN=400B, VO=3В/300мA

Режимы по постоянному току
Коэффициент преобразования напряжения:
Предполагаем VIN=100~400V, VO=2.8~3.5V, IO=350mA:
Выбранное TOFF должно превышать:
Выбираем TOFF=15µs. Тогда индуктивности дросселей:
Дроссель L2 должен быть расчитан на ток 1.2·IO=0.42A, а L1 – на ток Dmax·IO=72mA. Заметим, что насыщение L1 не приводит к аварийному режиму ввиду запирания диода D2.

Полупроводниковые элементы
Диоды D1 и D2 должны быть рассчитаны на обратное напряжение Vr, равное максимальному входному напряжению VIN(max). Обратное напряжение на диоде D3 вообще говоря равно напряжению на С1:
Однако, необходим определенный запас по напряжению на D3, связанный с выбросом напряжения на выходе GND U1 в результате перераспределения заряда между паразитными емкостями по входу и выходу каскода.
Максимальное напряжение Q1 в выключенном состоянии HV9967 равно:

Эквивалентная схема (без демпфирования)
Передаточная функция разомкнутой петли:
Коэффициент по постоянному напряжению равен:
Резонансный полюс:
Ноль в правой комплексной полуплоскости (RHPZ):

ЛАФЧХ без демпфирования
-180°
Неустойчивость
0дБ

Неустойчивость при низком входном напряжении
VIN=85B
Напряжение на С1

Эквивалентная схема (с демпфированием)
Передаточная функция разомкнутой петли:
где
Полагаем коэф. затухания:
Полагаем также:
(критическое демпфирование)
Тогда:

ЛАФЧХ с демпфированием С1
-180°
θ=45°
0дБ