LEDドライバーチップの紹介
自動車エレクトロニクス産業の急速な発展に伴い、広い入力電圧範囲を備えた高密度 LED ドライバー チップは、外装の前後照明、室内照明、ディスプレイのバックライトなどの自動車照明に広く使用されています。
LEDドライバーチップは、調光方法に応じてアナログ調光とPWM調光に分類できます。アナログ調光は比較的単純ですが、PWM 調光は比較的複雑ですが、線形調光範囲はアナログ調光よりも広いです。電源管理チップのクラスとしての LED ドライバー チップ、そのトポロジーは主に降圧型と昇圧型です。降圧回路の出力電流は連続しているため、出力電流リップルが小さくなり、必要な出力容量も小さくなり、回路の高電力密度の達成にさらに役立ちます。
図 1 出力電流の昇圧と降圧
LED ドライバー チップの一般的な制御モードは、電流モード (CM)、COFT (オフ時間制御) モード、COFT & PCM (ピーク電流モード) モードです。電流モード制御と比較して、COFT 制御モードはループ補償を必要としないため、より高速な動的応答を実現しながら電力密度の向上に役立ちます。
他の制御モードとは異なり、COFT 制御モード チップにはオフ時間設定用の別個の COFF ピンがあります。この記事では、代表的な COFT 制御降圧型 LED ドライバチップをベースとした COFF の外部回路の構成と注意事項を紹介します。
COFFの基本構成と注意事項
COFTモードの制御原理は、インダクタ電流が設定オフ電流レベルに達すると、上部のチューブがオフになり、下部のチューブがオンになるというものです。ターンオフ時間が tOFF に達すると、上部チューブが再びオンになります。上管が消灯後、一定時間（tOFF）消灯します。tOFFは回路周辺のコンデンサ(COFF)と出力電圧(Vo)により設定されます。これを図 2 に示します。ILED は厳密に制御されているため、Vo は入力電圧と温度の広い範囲にわたってほぼ一定に保たれ、結果としてほぼ一定の tOFF が得られます。これは Vo を使用して計算できます。
図2. オフ時間制御回路とtOFF計算式
選択した調光方法または調光回路が出力の短絡を必要とする場合、この時点では回路が適切に起動しないことに注意してください。このとき、インダクタ電流リップルが大きくなり、出力電圧は非常に低くなり、設定電圧を大きく下回ります。この障害が発生すると、インダクタ電流は最大オフ時間で動作します。通常、チップ内で設定される最大オフ時間は 200us ～ 300us に達します。このとき、インダクタ電流と出力電圧がヒカップモードに入ったようで、正常に出力できなくなります。図 3 に、負荷にシャント抵抗を使用した場合の TPS92515-Q1 のインダクタ電流と出力電圧の異常波形を示します。
図 4 は、上記の障害を引き起こす可能性のある 3 種類の回路を示しています。調光にシャントFETを使用し、負荷にシャント抵抗を選択し、負荷がLEDスイッチングマトリクス回路の場合、いずれも出力電圧がショートして正常に起動できなくなる可能性があります。
図 3 TPS92515-Q1 のインダクタ電流と出力電圧 (抵抗負荷出力短絡障害)
図 4. 出力短絡を引き起こす可能性のある回路
これを回避するには、出力が短絡した場合でも、COFF を充電するために追加の電圧が必要になります。VCC/VDD を COFF コンデンサの充電として使用できる並列電源は、安定したオフ時間を維持し、一定のリップルを維持します。図 5 に示すように、後でデバッグ作業を容易にするために、回路設計時に VCC/VDD と COFF の間に抵抗 ROFF2 を予約できます。同時に、顧客が抵抗器を選択しやすいように、TI チップのデータシートには通常、チップの内部回路に応じた特定の ROFF2 計算式が記載されています。
図 5. SHUNT FET 外付け ROFF2 改善回路
図 3 の TPS92515-Q1 の出力短絡障害を例にとると、図 5 の修正された方法を使用して、VCC と COFF の間に ROFF2 を追加して COFF を充電します。
ROFF2 の選択は 2 段階のプロセスです。最初のステップは、シャント抵抗が出力に使用される場合に必要なシャットダウン時間 (tOFF-Shunt) を計算することです。ここで、VSHUNT はシャント抵抗が負荷に使用される場合の出力電圧です。
2 番目のステップでは、tOFF-Shunt を使用して ROFF2 を計算します。これは、ROFF2 を介して VCC から COFF への電荷であり、次のように計算されます。
計算に基づいて、適切な ROFF2 値 (50k オーム) を選択し、回路出力が正常な図 3 の障害ケースで ROFF2 を VCC と COFF の間に接続します。また、ROFF2 は ROFF1 よりもはるかに大きくなければならないことに注意してください。低すぎると、TPS92515-Q1 で最小ターンオン時間の問題が発生し、電流が増加してチップ デバイスが損傷する可能性があります。
図 6. TPS92515-Q1 のインダクタ電流と出力電圧 (ROFF2 追加後の正常値)
投稿日時: 2022 年 2 月 15 日