Подписка на новости

Опрос

Какие лампы Вы используете для домашнего освещения?

Реклама

2010 №1

Современные драйверы светодиодов высокой яркости фирмы Maxim

Петропавловский Юрий


Число производителей систем освещения на базе светодиодов высокой яркости непрерывно увеличивается. Анализ структуры продукции десятков фирм показал наличие элементов систем освещения на светодиодах у большинства ведущих производителей полупроводниковых приборов. Особенно широкую номенклатуру драйверов светодиодов выпускает фирма Maxim. В ее каталогах имеется несколько разделов, непосредственно относящихся к таким микросхемам, а также приведена обширная информация по их применению в различных приложениях.

Компания Maxim Integrated Products, Inc. (Саннивейл/Sunnyvale, Калифорния, США) была основана в 1983 г. Джеком Гифордом (Jack Gifford, соучредитель AMD, 11.01.1941 — 11.01.2009 гг). Численность персонала компании более 9000 сотрудников, годовой доход более 2 млрд долларов (2008 г.), фирма располагает 35 технологическими центрами и 25 офисами продаж по всему миру, президент фирмы Tun Doluca [1]. Фирма выпускает чрезвычайно широкую номенклатуру цифровых и аналоговых микросхем, в каталогах 2010 г. значится более 7000 позиций приборов. Микросхемы драйверов светодиодов большой мощности Maxim разделяет на две группы: драйверы светодиодов высокой яркости (High Brightness LED Drivers) и драйверы белых светодиодов (White LED Drivers). Приборы этих групп характеризуются различными наборами классификационных параметров, предметом рассмотрения настоящей статьи являются микросхемы первой группы. В разделе High Brightness LED Drivers (HB LED) каталога фирмы 2010 г. представлено 26 типов микросхем драйверов светодиодов высокой яркости, в разделе White LED Drivers — 47 типов микросхем драйверов белых светодиодов [2], причем некоторые микросхемы фигурируют в обоих разделах каталога (MAX16800-16803, MAX16834). Фирма структурирует выпускаемые HB LED-драйверы по следующим приложениям (рис. 1):

  • Architectural Lighting — драйверы для светодиодной подсветки зданий, сооружений, интерьеров помещений, ландшафтов.
  • Display Backlight — драйверы для подсветки различных дисплеев автомобилей.
  • Exterior Lighting — драйверы для различных фонарей автомобилей.
  • Interior Lighting — драйверы для светильников салонов автомобилей.
  • Downlights and Flood Lights — драйверы для потолочных светильников с рефлекторами и светодиодные прожекторы.
  • LCD TV, Desktop and Notebook Backlight — драйверы для светодиодной подсветки ЖК-дисплеев телевизоров, компьютерных мониторов и ноутбуков.
  • Projectors and Rear-Projection TVs — драйверы для светодиодной подсветки телевизионных проекторов.
  • Signage — драйверы для подсветки информационных дисплеев в местах общего пользования (ЖК и светодиодные цифровые панели — Digital Signage).

Рис. 1. Структура приложений светодиодов высокой яркости

Для каждого приложения фирма рекомендует определенный набор микросхем драйверов и демонстрационных плат. Однако большая часть микросхем драйверов используется практически в каждом из приложений, в таблице приведены классификационные параметры всех микросхем драйверов светодиодов фирмы из раздела HB LED Drivers каталога 2010 г. [3].

В настоящей статье рассмотрены особенности некоторых микросхем этого раздела на основе информационных листов данных (Data Sheet) конкретных микросхем, выпущенных или отредактированных фирмой в 2009 г. Полные названия микросхем, а также некоторые термины, приведенные в информационных листах Maxim, могут не совпадать с аналогичными названиями и терминами, используемыми другими производителями полупроводниковых приборов, поэтому в скобках приведены полные оригинальные названия и некоторые термины, используемые фирмой.

MAX16800 — линейный, 40 В / 350 мА, драйвер сверхъярких светодиодов с возможностью регулировки выходного тока (High-Voltage, 350 mA, adjustable Linear High-Brightness LED Driver). Микросхема предназначена для автомобильных приложений, в том числе для проведения испытаний по стандарту AEC-Q100, но может быть использована и для управления светодиодными лампами общего и промышленного назначения.

Основные особенности микросхемы:

  • широкий диапазон напряжения питания и выходного тока (6,5–40 В/35–350 мА);
  • нестабильность установленного выходного тока не более ±3,5%;
  • встроенный стабилизатор напряжения +5 В;
  • встроенные схемы защиты от коротких замыканий и от перегрева;
  • дифференциальный вход для датчика (резистора R) выходного тока; sense
  • низкое токопотребление в дежурном режиме (типовое значение 12 мкА);
  • проходной регулирующий элемент с малым (0,5 В) падением напряжения (Integrated Pass Element);
  • низкий уровень высокочастотных излучений при ШИМ-регулировке яркости свечения светодиодов;
  • широкий диапазон рабочих температур (–40…+125 oС).

Структура микросхемы приведена на рис. 2, в состав микросхемы входят: стабилизатор напряжения, узел управления, генератор образцового напряжения, стабилизатор выходного тока (I_req), дифференциальный усилитель сигналов датчика выходного тока, схема температурной защиты, ключевой p-MOSFET.

Рис. 2. Структура микросхемы MAX16800

Таблица. Классификационные параметры драйверов HB LED

Наименование Тип преобразования Uвх, мин/макс, В Iд, А/канал F, кГц ШИМ, кГц ШИМ-отношение Корпус
MAX16800 линейный 6,5–40 0,35/1 1 1,0:30 TQFN-EP/16
MAX16801 boost/flyback/SEPIC 22–400 3,0/1 262 2 1,0:3000 μMAX/8
MAX16802 boost/buck/flyback/SEPIC 10,8–24 3,0/1 262 2 1,0:3000 μMAX/8
MAX16803 линейный 6,5–40 0,35/1 2 1,0:200 TQFN-EP/16
MAX16807 boost/SEPIC+линейный 8,0–24 0,055/8 20–1000 30 1,0:5000 TSSOP-EP/28
MAX16809 boost/SEPIC+линейный 8,0–24 0,055/8 20–1000 30 1,0:5000 TQFN-EP/38
MAX16812 boost/buck/buck-boost 5,5–76 1,0/1 125–500 1 1,0:100 TQFN-EP/28
MAX16814 boost/SEPIC+линейный 4,75–40 0,15/4 200–2000 20 1,0:5000 TQFN/TSSOP-EP/20
MAX16815 линейный 6,5–40 0,1/1 1 1,0:30 TDFN/6, SO-EP/8
MAX16816 boost/buck/buck-boost 5,9–76 10,0/1 100–600 1 1,0:1000 TQFN-EP/32
MAX16818 boost/buck/SEPIC 7,0–28 30,0/1 125–1500 30 1,0:5000 TQFN-EP/28
MAX16819 buck 4,5–28 3,0/1 20–2000 20 1,0:5000 TDFN-EP/6
MAX16820 buck 4,5–28 3,0/1 20–2000 20 1,0:5000 TDFN-EP/6
MAX16821 boost/buck/SEPIC 4,75–28 30,0/1 125–1500 10 1,0:1000 TQFN-EP/28
MAX16822 buck 6,5–65 0,35/1 20–2000 20 1,0:5000 SO/8
MAX16823 линейный 5,5–40 0,1/3 3 1,0:200 TQFN-EP/16
MAX16824 линейный 6,5–28 0,15/3 3 1,0:200 TSSOP-EP/16
MAX16825 линейный 6,5–28 0,15/3 3 1,0:200 TSSOP-EP/16
MAX16826 boost/SEPIC+линейный 4,75–24 3,0/4 100–1000 2 1,0:5000 TQFN-EP/32
MAX16828 линейный 6,5–40 0,1/1 1 1,0:30 TDFN/6, SO-EP/8
MAX16831 boost/buck/buck-boost 5,9–76 10,0/1 125–600 1 1,0:1000 TQFN-EP/32
MAX16832 buck 6,5–65 0,7/1 20–2000 20 1,0:5000 SO-EP/8
MAX16834 boost/buck/buck-boost 4,75–28 10,0/1 100–1000 20 1,0:3000 TQFN/TSSOP-EP/20
MAX16835 линейный 6,5–40 0,1/1 1 1,0:30 TQFN-EP/16
MAX16836 линейный 6,5–40 0,35/1 1 1,0:30 TQFN-EP/16
MAX16839 линейный 5,0–40 0,1/1 3 1,0:200 TDFN/6, SO-EP/8

Назначение выводов:

  • 1,16 (OUT) — выход;
  • 2, 3 (IN) — вход;
  • 4–8, 13, 14 (NC) — не используются;
  • 9 (CS+), 10 (CS–) — неинвертирующий/инвертирующий входы усилителя ошибки;
  • 11 (V5) — выход стабилизатора напряжения +5 В;
  • 12 (GND) — корпус;
  • 15 (EN) — вход управления, микросхема включена при высоком уровне сигнала (не менее 2,8 В), выключена — при низком (не более 0,6 В);
  • EP — подложка корпуса (Exposed Pad), для лучшего теплоотвода ее необходимо соединить с корпусной шиной платы устройства. Максимальная мощность рассеяния микросхемы 2,7 Вт (при температуре окружающей среды 70 oС).

Значение выходного тока ILED микросхемы зависит от напряжения Vsense на выводах CS+, CS– микросхемы, для тока ILED = 350±3,5 мА напряжение

Vsense = 204 мВ, сопротивление Rsense определяется из соотношения ILED = Vsense/Rsense.

При уменьшении входного напряжения Vin менее 6,5 В работоспособность микросхемы сохраняется, однако поддержание установленного выходного тока не гарантируется. Внутренний стабилизатор напряжения +5 В может быть использован для питания внешних устройств с малым потреблением тока (до 4 мА), замыкание вывода V5 микросхемы на корпус выключает схему температурной защиты (схема срабатывает при температуре выводов Tj ≈ 150 oС, гистерезис схемы ≈23 oС).

ШИМ-управление яркостью свечения светодиодов может осуществляться двумя способами: 1 — при подаче на вход EN ШИМимпульсов, а на вход IN постоянного напряжения (рис. 3а); 2 — при подаче ШИМимпульсов на соединенные между собой входы IN/EN (рис. 3б).

Рис. 3. Типовые включения микросхем MAX16800

Соответствующие временные диаграммы приведены на рис. 4 (fшим = 200 Гц, скважность 50%, установленный ток ILED = 350 мА). Как видно из диаграмм, при использовании 1-го способа амплитуда выходного тока в 2 раза меньше, чем при использовании 2-го способа регулировки яркости.

Рис. 4. Временные диаграммы сигналов микросхемы MAX16800: а) входных; б) выходных (ILOAD — предустановленное значение выходного тока)

MAX16803 отличается от MAX16800 наличием дополнительного вывода 13 (DIM), предназначенного для подачи ШИМ-сигнала регулировки яркости светодиода, и схемы для сглаживания выходных импульсов (Wave-Shaped Edges Reduce Radiated EMI DuRing PWM Dimming), что уменьшает уровень электромагнитных излучений в режиме ШИМ-регулировки. Цоколевка и типовое включение микросхемы приведены на рис. 5.

Рис. 5. Расположение выводов и включение микросхемы MAX16803

MAX16815/MAX16828 — линейные драйверы с выходным током 100 мА (MAX16815) и 200 мА (MAX16828). Электрические параметры этих микросхем близки к параметрам вышерассмотренных. Отличающиеся параметры: диапазон регулировки выходного тока 35–100/35–200 мА; Rsense = 2/1 Ом, вход DIM имеется.

MAX16818 — высокоэффективный, 1,5 МГц/30 А, драйвер светодиодов с быстрыми изменениями (модуляцией) выходного тока (1,5 МГц, 30 A). Микросхема предназначена для применения в качестве драйверов различных светодиодных прожекторов, в автомобильных фарах, в системах подсветки ЖК-дисплеев больших размеров и других подобных приложениях. Микросхема базируется на импульсном DC/DC-преобразователе с ШИМ-управлением яркостью свечения светодиодов, на ее основе могут быть построены преобразователи в различных конфигурациях: понижающие, повышающие, а также конверторные. Впервые для драйверов светодиодов фирма запатентовала технологию быстродействующего управления со скоростью нарастания тока до 20 А/мкс при частоте ШИМ-сигнала регулировки яркости 30 кГц. Управление светодиодами осуществляется по среднему значению тока, что обеспечивает оптимальное использование MOSFET — даже при выходном токе 30 А необходимы радиаторы минимальных размеров. Для обеспечения прецизионного управления светодиодами в микросхеме применен дифференциальный усилитель сигнала датчика выходного тока. Используется высокая, до 1,5 МГц, частота коммутации DC/DCпреобразователя микросхемы, что способствует уменьшению размеров индуктивных и емкостных элементов схемы. На рис. 6 приведено типовое включение микросхемы в конфигурации Buck-Boost.

Рис. 6. Схема типового включения микросхемы MAX16818 в конфигурации Buck-Boost

Основные особенности микросхемы:

  • большой, до 30 А, выходной ток (с внешними MOSFET);
  • управление по среднему значению тока (Average-Current-Mode Control);
  • дифференциальный вход для датчика выходного тока (True-Differential Remote-sense Input);
  • напряжение питания 4,75–5,5 В или 7–28 В;
  • настраиваемая внутренняя или внешняя синхронизация в диапазоне 125 кГц–1,5 МГц;
  • противофазный выход тактовой частоты;
  • схемы защиты от перенапряжения, перегрузки по току и перегрева;
  • широкий температурный диапазон –40…+125 oС.

Назначение основных функциональных выводов микросхемы:

  • 3 (DL), 6 (DH) — выходы нижнего/верхнего драйверов затворов;
  • 9 (CLKOUT) — выход тактового генератора;
  • 12 (RT/SYNC) — вход установки частоты коммутации;
  • 14 (LIM) — вход установки уровня ограничения тока;
  • 15 (OVI) — вход компаратора схемы защиты от перенапряжения;
  • 16 (СLP) — выход усилителя ошибки по току;
  • 17 (EAOUT) — выход усилителя ошибки по напряжению;
  • 18 (EAN) — инвертирующий вход усилителя ошибки по напряжению;
  • 19 (DIFF) — выход дифференциального усилителя датчика тока (Differential Remote-sense Amplifier Output);
  • 23, 24 (SENSE-, SENSE+) — входы дифференциального усилителя сигналов датчика тока;
  • 26 (IN), 27 (Vcc) — вход/выход внутреннего LDO-стабилизатора +5 В;
  • 28 (Vdd) — напряжение питания драйверов затворов.

MAX16821A/B/C — мощные синхронные драйверы светодиодов высокой яркости с быстрыми изменениями выходного тока. Микросхемы предназначены для использования в портативных и стационарных проекторах, в светодиодных прожекторах, в том числе в автомобильных фарах и других приложениях. Микросхемы базируются на импульсных DC/DC-преобразователях с ШИМуправлением яркостью светодиодов.

Преобразование осуществляется в конфигурациях Buck, Boost, Buck-Bust, SEPIC, Cuk LED, их переключение осуществляется внешними логическими сигналами. Микросхемы, по данным компании-разработчика, являются первыми мощными драйверами, поддерживающими управление светодиодами высокой яркости с общим анодом. Приборы обеспечивают управление по среднему значению тока, что позволяет применять радиаторы охлаждения минимальных размеров. Отметим особенности, отличающие их от MAX16818. Высокая, 0,1/0,03 В, чувствительность дифференциального усилителя датчика выходного тока, что позволяет уменьшить сопротивление датчика Rsense и повысить эффективность преобразователя. Схема защиты от перенапряжений без фиксации состояния. Нижний и верхний драйверы без или с синхронным выпрямлением. Типовое включение микросхем в конфигурации SEPIC приведено на рис. 7, назначения выводов микросхем и MAX16818 практически полностью совпадают, отличается назначение вывода 10 (MODE) у MAX16821 — вход переключения режимов Buck/Boost (лог. «0» — Buck, лог. «1» — Boost).

Рис. 7. Схема типового включения микросхемы MAX16821A/B/C в конфигурации SEPIC

MAX16822А/В — драйверы HB LED с высокой, до 2 МГц, частотой переключения, встроенными MOSFET и датчиком тока верхнего драйвера, в качестве выходного ключа использован DMOS (65 В/0,85 Ом). Микросхемы предназначены для светодиодных ламп промышленного, общего, автомобильного и других приложений. Микросхемы выполнены в конфигурации Buck и обеспечивают выходной ток до 350 мА при температуре +125 oС и 500 мА при 105 oС. Использование датчика тока в цепи стока ключевого транзистора позволяет получить широкий диапазон ШИМ-регулировки яркости и малый уровень пульсаций выходного тока (10% у MAX16822A). Типовое включение микросхем приведено на рис. 8, терморезистор с отрицательным ТКС (NTC) используется как опция.

Рис. 8. Схема типового включения микросхем MAX16822A/B

Основные особенности микросхем:

  • высокоэффективные приложения (КПД более 95%);
  • широкий диапазон напряжения питания (6,5–65 В);
  • высокие характеристики выходного ключа (Ron = 0,85 Ом);
  • гистерезисное управление: частота переключения до 2 МГц (Hysteretic Control);
  • нестабильность выходного тока не более ±3%;
  • установка выходного тока внешним резистором;
  • температурная компенсация изменений параметров светодиодов.

Назначения выводов:

  • 1 (CS) — вход датчика выходного тока;
  • 2 (IN) — напряжение питания;
  • 3 (GND) — корпус малосигнальных узлов;
  • 4 (PGND) — силовой корпус;
  • 5, 6 (LX) — вывод стока MOSFET;
  • 7 (DIM) — вход ЩИМ-регулировки яркости свечения светодиодов;
  • 8 (TEMP_I) — вывод для подключения термистора к схеме термокомпенсации (Thermal Foldback Control).

MAX16824, MAX16825 — трехканальные, 28/36 В, линейные драйверы светодиодов высокой яркости. Микросхемы предназначены для светодиодных ламп промышленного и бытового назначения, для подсветки ЖКдисплеев, освещения салонов автомобилей и других приложений. В микросхеме MAX16824 имеется три входа для ШИМ-регулировки яркости в широком диапазоне, MAX16825 управляется через 4-проводной последовательный интерфейс. Типовые включения микросхем приведены на рис. 9.

Рис. 9. Схема типового включения микросхем MAX16824

Основные особенности микросхем:

  • широкий диапазон питающих напряжений (6,5–28 В), до 36 В при большом числе светодиодов в цепи;
  • три независимых канала с возможностью раздельной установки выходных токов в каждом;
  • выходной ток 150±5 мА на канал;
  • независимое ШИМ-управление яркостью свечения светодиодов в каждом канале (MAX16824);
  • управление яркостью по последовательному интерфейсу (MAX16825);
  • встроенный стабилизатор напряжения +5 В (4 мА) для внешних устройств;
  • быстрое реагирование на изменение яркости (Fast Transient Dimming Response);
  • малое падение напряжения на резисторах датчиков выходного тока для увеличения эффективности;
  • схема температурной защиты, диапазон рабочих температур –40…+125 oC.

MAX16826 — 4-канальные драйверы HB LED с возможностью регулировок, оптимизацией выходного напряжения и детектором отказов (Programmable, Four-StRing HB LED Driver with Output-Voltage Optimization and Fault Detection).

Микросхема предназначена для автомобильных и промышленных дисплеев, а также для систем подсветки ЖК-телевизоров и мониторов. В микросхеме интегрированы DC/DC-преобразователь напряжения, 4-канальный линейный драйвер светодиодов, АЦП и I2C интерфейс управления. Импульсный преобразователь напряжения реализуется в конфигурациях Boost и SEPIC, частота переключения устанавливается в диапазоне 100 кГц–1 МГц. Линейный 4-канальный драйвер с токовым управлением и с защитой от отказов может формировать все оттенки белого света, RGB и RGB плюс янтарный цвет. Встроенный АЦП измеряет напряжение на стоках MOSFET и выходе DC/DC-преобразователя. Эти измерения по интерфейсу I2C подаются на внешний микропроцессор, обеспечивающий регулировку цветового баланса и других цветовых параметров. Типовое включение микросхемы в конфигурации SEPIC приведено на рис. 10.

Рис. 10. Схема типового включения микросхемы MAX16826 в конфигурации SEPIC SYSTEM

MAX16832A/C — драйверы светодиодов высокой яркости с частотой переключения до 2 МГц, интегрированным MOSFET и датчиком Rsense в цепистока MOSFET. Схема включения и назначения выводов микросхем соответствуют приведенным на рис. 8 для микросхем MAX16822A/B. Отличия микросхем от MAX16822: выходной ток до 1 А, MOSFET — Ron = 0,45 Ом.

MAX16834 — мощный драйвер светодиодов с датчиком Rsense в цепи стока внешнего MOSFET и ШИМ-регулировкой яркости другим внешним MOSFET. Сферы применения: автомобильные передние и задние лампы, проекционные RGB-лампы, светильники точечного и окружающего света, а также в качестве DC/DC-преобразователей в конфигурациях Boost/Buck-Boost. Микросхема в режиме токового управления может работать в конфигурациях Boost, Buck-Boost, SEPIC, High-Side Buck. Типовое включение микросхемы в конфигурации Buck-Boost приведено на рис. 11.

Рис. 11. Типовая схема включения микросхемы MAX16834

Основные особенности микросхемы:

  • широкий диапазон питающих напряжений (4,75–28 В);
  • возможность работы при напряжении более 28 В с внешним ограничителем напряжения на выводе Vin;
  • широкий диапазон регулировки яркости свечения светодиодов (3000:1) с ШИМ и аналоговой регулировкой;
  • интегрированный ШИМ MOSFET-драйвер регулировки яркости;
  • интегрированный усилитель датчика Rsense в цепи стока MOSFET для конфигурации Buck-Boost;
  • регулируемая частота переключения в диапазоне 100 кГц–1 МГц;
  • вход внешней синхронизации, регулируемый порог срабатывания схемы защиты от перенапряжений;
  • встроенный стабилизатор напряжения +7 В с низким падением напряжения на проходном транзисторе;
  • выход сигнала срабатывания (тревоги) схем защиты от перегрузки по току, напряжению и перегрева;
  • регулируемая дифференциальная схема защиты от перенапряжения.

MAX16836 — 40 В/350 мА драйвер сверхъярких светодиодов с ШИМ-управлением яркостью свечения и встроенным стабилизатором напряжения +5 В. Структура и расположение выводов микросхемы такие же; как у MAX16800 (схема включения приведена на рис. 3), за одним исключением: имеется дополнительный вход DIM (вывод 13) для подачи ШИМ-сигнала регулировки яркости свечения светодиодов. Существенных отличий у обеих микросхем нет. В сентябре 2009 г. фирма анонсировала линейный драйвер светодиодов высокой яркости MAX16839 (рис. 12).

Рис. 12. Внешний вид драйвера MAX16839

Основные особенности микросхемы:

  • напряжение питания 5–40 В;
  • встроенный проходной транзистор с открытым стоком;
  • регулируемый в пределах 15–100 мА выходной ток, ШИМ-управление яркостью;
  • детектор обрыва светодиодов, корпуса TDFN-EP-6, SO-EP-8 (отпускная цена в США 510 долл. за 1000 шт.).

В информационных листах рассмотренных микросхем приведена вся информация, необходимая для расчета конкретных реализаций устройств. В каталоге фирмы 2010 г. имеются демонстрационные платы, имеющие наименования, состоящие из наименования микросхемы и окончания EVKIT (Evaluation Board MAX16839EVKI). Габаритные чертежи корпусов рассмотренных микросхем приведены на сайте журнала — http://LED-e.ru/Drafts_JPEG.zip

Перечень использованных сокращений

SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter) — напряжение на выходе преобразователя этого типа может быть как больше, так и меньше входного, что обеспечивается наличием разделительного конденсатора и дополнительного дросселя на выходе (С25, L2 на рис.10).

Cuk LED — напряжение на выходе преобразователей этого типа имеет отрицательную полярность относительно общего провода (в схемах используются дополнительные разделительный конденсатор, дроссель, выпрямитель и LC-фильтр).

MOSFET (Metal-oxide-semiconductor Field Effect Transistor) — МОП (МДП) полевой транзистор.

DMOP (Double-diffused Metal-oxide-semiconductor) — сокращенное название полевого транзистора, имеющего структуру, изготовленную методом двойной диффузии.

Литература

  1. http://www.maxim-ic.com/company/
  2. http://www.maxim-ic.com/products/display/
  3. http://para.maxim-ic.com/en/search.mvp?fam=hbled&tree=master

1 - Светодиоды большой мощности (прим. редакции).

Скачать статью в формате pdf  Скачать статью в формате pdf


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке