Kısa devreden toprağa LED sürücü çıkışını önleyin
Otomotiv LED aydınlatması gibi uygulamalarda, sürücü genellikle LED'den uzak olduğu için, kısa devre koruma fonksiyonunun arttırılması gerekmektedir Bu makalede, JOHN RICE, LED sürücü çıkışının toprağa kısa devre yapmasının nasıl önleneceğini anlatmaktadır. Zaman uyumsuz, artırma, güç dönüştürme topolojileri genellikle LED sürücüleri gibi uygulamalarda kullanılır. Bu uygulamalarda, giriş voltajı (VIN) bir seri / paralel LED dizisini iletmek için yeterli değildir. Bu endüktif anahtar topolojisi, LED akım düzenlemesine ulaşmak için gerekli olan uyum voltajını üretir ve genellikle LCD arka ışık uygulamalarında kullanılır. Örneğin sürücüden uzakta bulunan araçların iç ve dış aydınlatması gibi LED matris uygulamalarında, çıkışın toprağa kısa devre yapma tehlikesi oluştuğunda feci sonuçlar ortaya çıkacaktır. Akımı sınırlamak ve bir elektronik devre kesici olarak bir koruma devresini çalıştırmak, bu feci arızaları önleyebilir. Şekil 1'de gösterildiği gibi, destek dönüştürücünün girişi, bir destek indüktörü (L1) ve bir destek diyotu (D1) aracılığıyla çıkışına fiziksel olarak bağlanır. Bu nedenle, çıkıştaki kısa devre, destekleme indüktörünü doyurur ve bunun neden olduğu akım yükselmeleri, destek diyotuna zarar vermek için yeterlidir. Sorunları daha da kötüleştirmek için, bu kısa devre durumu, darbe genişlik modülasyonu (PWM) denetleyicileri dahil olmak üzere girişe bağlı tüm cihazlara da müdahale edecektir. Açıktır ki, bu topolojiyi kullanırken, uzaktaki LED'e güç sağlamak için bir tür devre korumasına ihtiyaç vardır. Daha sonra, yükseltici dönüştürücüyü korumak ve girişteki kısa devre yük koşullarını önlemek için optimize edilebilecek çok amaçlı, düşük maliyetli bir devre tasarlamayı düşünün. Ek olarak, gerekli yanıtı bir analog devre aracılığıyla doğrulayacağız.
Şekil 1. İzole edilmemiş yükseltme topolojisine dayalı LED sürücü devresi akım sınırlayıcı ve elektronik devre kesici
Akım şönt monitörü (CSM), genellikle giriş ve çıkış akımlarını izlemek için kullanılan yüksek hassasiyetli, yüksek kazançlı diferansiyel akım algılama amplifikatörüdür. Şekil 2, tipik konfigürasyonunu göstermektedir. Bu özel cihaz, bir açık boşaltma karşılaştırıcısını entegre eder; bu karşılaştırıcı, önceden ayarlanmış bir hat akımında açma, kilitleme ve sıfırlama için ayarlanabilir.
Şekil 2. Bir şönt monitör bileşeni koruma ekler
Bu karşılaştırıcının çıkışı, birkaç milisaniye içinde bir yük kısa devresini kesebilen harici bir MOSFET anahtarını kontrol etmek için kullanılabilir. Çıkışta bir arıza durumu meydana geldiğinde giriş akımını kesintiye uğratmanın yanı sıra, analog çıkış, anahtarlama regülatörünün "negatif giriş empedansı" olarak adlandırılan problemi de çözebilir ve giriş voltajı düştükçe giriş akımının artmasını önleyebilir. Giriş akımını ve çıkış akımını mantıksal OR konfigürasyonunda bağlayarak, giriş kelepçelenebilir. Şekil 3'te gösterildiği gibi, amacı PWM denetleyicisini çalıştıran bir bileşik geri bildirim sinyali oluşturmaktır. Daha sonra CSM, çıkış akımı geri beslemesini geçersiz kılar ve giriş voltajı önceden belirlenmiş bir seviyenin altına düştüğünde LED akımını düşürmeye zorlar, böylece giriş akımını sınırlar.
Şekil 3. Giriş akımı sınırlayıcı, algılama girişi ve çıkış akımı devresinin çalışmasına dayanır Şekil 4, çıkış kısa devre korumalı bir yükseltici dönüştürücü LED sürücüsünün bir devre uygulamasını gösterir. Devrede gösterilen Osram Opto Semiconductors Ostar tarafından üretilen LED, otomotiv far uygulamalarına yönelik bir cihazdır.Aslında yalıtımlı bir metal alt tabaka üzerinde monolitik bir LED'dir. Bu cihaz, 2A (10 s'den az) dalgalanma akım oranına ve 1A'da 18V'luk tipik bir ileri gerilime sahiptir. DC / DC güçlendirme dönüştürücü, geri besleme pimi üzerindeki ileri LED akımını algılar ve LED akımını ayarlamak için çıkış voltajını tam olarak ayarlar. LED akımı, algılama direnci (RSNS) tarafından ayarlanır ve değeri, PWM dönüştürücünün dahili bant aralığı referansıyla orantılıdır (RSNS = VREF / ILED). Düşük referans voltajlı bir yükseltici dönüştürücü kullanmak, daha kolay daha yüksek dönüştürücü verimliliği sağlayabilir ve bileşen termal stresini azaltabilir.
Şekil 4. Kısa devre yük arıza korumalı LED hızlı sürücü devresi
Hizmet ömrü 50.000 saat veya daha fazla olabilmesine rağmen, LED'ler sıcaklığa ve aşırı elektrik gerilimine karşı çok hassastır ve dinamik empedans özellikleri, anahtarlamalı regülatör bileşenlerinin seçimi ve kontrol döngülerinin tasarımı için genellikle problemler yaratır. Bu seçimler ve tasarım zorlukları bu kullanım kılavuzunda açıklanmıştır. Bu yönteme göre, Şekil 4'te gösterilen devre simülasyonu, LED sürücü / koruma devresinin karmaşıklığını analiz etmek ve devrenin çeşitli çalışma koşullarında çalışmasını tahmin etmek için geliştirilmiştir.
Bu analiz için seçilen PWM kontrol cihazı 0,26V geri besleme referans voltajına sahiptir. Bu nedenle, LED akımı 1A olduğunda, LED algılama direncinin güç kaybı yalnızca 0,26 W'tır. CSM'nin kazancı 50 olduğundan, çıkış akımını algılamak için çok daha küçük bir algılama direnci gereklidir. CSM şönt direncinden geçen akım CSM algılama direnci tarafından belirlenen sınırı aştığında, CSM kazancı ve karşılaştırıcı eşiği (R, R) ve PMOS geçiş transistörü yük akımını keser ve böylece bir elektronik devre kesicinin rolünü oynar. .
Mandal çıkışı, RESET pini düşük bir seviyeye getirilerek sıfırlanabilir. Ancak, bu makalenin amacı göz önüne alındığında, RESET, yanıt hızını kontrol etmek için devre dışı bırakıldı. Tepki hızı ve tepe akımı birçok değişkene bağlıdır. Bu değişkenler arasında bileşen seçimi, CSM bant genişliği, gürültü filtresi, çıkış kondansatörü, FET seçimi ve çıkış yükseltme indüktörü bulunur. Bu faktörler birlikte, dönüştürücünün çıkış empedansını etkiler. Çalışma modunu doğru bir şekilde değerlendirmek için simülasyonu maksimum 50ns'lik bir zaman adımı ve% 0.001'e ayarlanmış bir DC bağıl toleransı ile çalıştırdık. Bu analiz, ücretsiz bir Berkeley SPICE 3f5 uyumlu emülatör olan TINA-TI'de yapıldı. 300 kHz çalışma frekansına sahip bir yükseltici dönüştürücünün 5 ms simülasyonu, yalnızca 30 saniyede kararlı bir duruma başlatılabilir. CSM nereye yerleştirilir CSM, yükseltici dönüştürücünün giriş veya çıkışına yerleştirilebilir. Bu simülasyonda CSM çıkışa yerleştirilir ve akımı çıkış PMOS geçiş elemanına (T5) paralel olarak 10 m şönt direnç üzerinden algılar. CSM'nin nereye yerleştirildiğine bağlı olarak, bu devre dahili ve / veya harici kısa devreleri önleyebilir. Bununla birlikte, CSM, tüm çalışma koşulları altında yeterli ortak mod aralığına (CMR) sahip olacak şekilde tasarlanmalıdır.
Bir yükseltme dönüştürücünün girişine yerleştirilirse, daha düşük CMR'ye sahip bir CSM seçilebilir. Bununla birlikte, CSM'yi çıkışa yerleştirmek, destek indüktörünü önleyebilir ve kısa devre koşullarına tepki süresinin hızlandırılmasına yardımcı olabilir. CSM nereye yerleştirilirse yerleştirilsin, şönt direncinin ani di / dt olayı nedeniyle oluşabilecek gürültüyü ve rezonans zilini azaltmak için bir RC filtresi kullanılmalıdır. Küçük bir 100 direnç ve diferansiyel kapasitör, Lp'nin parazitik paralel endüktans olduğu tahmini şönt Lp / R zaman sabitinden 3 kat daha büyük bir zaman sabitine yerleştirilebilir. CSM'nin kazanç hatası ve bant genişliği gürültü filtresinden olumsuz etkilendiğinden, filtreyi düşük tutmak önemlidir. Simülasyon sonuçları Şekil 5 simülasyon sonuçlarını göstermektedir. Vg, PMOS FET'e giden kontrol voltajıdır ve normal koşullar altında -6V'a ayarlanır. FET'in eşik voltajı, kapı şarjı ve doygunluk özelliklerine göre optimize edilmesi gerekir. Kapıdaki voltajın en aza indirilmesi yanıt süresini iyileştirebilir ve kesinti döngüsünü olabildiğince kısaltmak için bir kaldırma direnci seçilmelidir. Giriş akımı ve geçit voltajının yüksek kapı şarjı (mor) ve düşük kapı şarjı (mavi) MOSFET'lerle görüntülendiğine dikkat edilmelidir.
Şekil 5. Standart kablolu ve kablosuz ağlar, fiziksel bina sistemleri ve bina yönetim ekipmanı arasında nispeten basit komutlar ve veriler taşıyacaktır.
Açıktır ki, alt geçit şarj cihazı, girişteki görünür akımı en aza indirir. En iyi yanıtı elde etmek için MOSFET ve kapı tahrik devresini seçmek, tasarım açısından çok önemli konulardır, çünkü bu tasarım di / dt'yi sınırlar ve MOSFET güvenli çalışma gereksinimlerini karşılar. Bu karmaşık tasarım hususlarını analiz etmek o kadar kolay değildir; bu nedenle, bunları tezgahta simüle etmek ve onaylamak en iyisidir.
Tektronix ürünleri gibi bazı osiloskoplarda, anahtarlama gücü kaybını MOSFET güvenli çalışma eğrisine göre hesaplamak için özel test yazılımı sağlanır. Bu simülasyon, yanıt süresinin 2s'den daha az olduğunu ve bu da akım kesilmeden önce 6A'dan daha az giriş akımı elde edilebileceğini göstermektedir. Kesinti FET seçimi, tepe giriş ve çıkış akımını etkileyecektir. Üst düzey NMOS aygıtlarını çalıştıran yüksek performanslı, çalışırken değiştirilebilir denetleyiciler başka bir seçenektir ve 250ns'den daha az kesinti sürelerine ulaşabilir. Bu cihazlar, arka panele çalışırken değiştirilebilir kart takılması için optimize edilmiştir, ancak burada gösterilenden daha yüksek performanslı bir çözüm sağlayabilir.
Önlenen sorun
Bu devre, kesinti senaryosunu gösterir ve taklit eder ve ayrıca değişken yük koşulları altında destek dönüştürücü LED sürücüsünün giriş / çıkış akımını sınırlar. Devre, otomotiv LED far sürücüsü uygulamalarına uygun olacak şekilde optimize edilmiştir. Optimum devre yanıt süresine ulaşmanın dikkatli analiz ve bileşen seçimi gerektirdiğini kanıtladık. Bu hassasiyetleri kapsamlı bir zaman etki alanı devre simülasyonuna entegre etmek, farklı çalışma koşulları ve bileşen seçimleri altında devrenin çalışma durumunu anlamaya yardımcı olur.
Sağlanan profesyonel çalışırken değiştirilebilen denetleyiciler, tasarım sırasında dikkate alınması gereken özel özelliklere ve optimize edilmiş performansa sahiptir. Her iki durumda da, gücü kesmek veya sınırlamak için bir devre uygularken dikkatli analiz gereklidir. Bir LED sürücü için sağlam ve dayanıklı bir koruma devresi tasarlamak karmaşık bir görevdir ve TINA-TI, SPICE ve WEBENCH gibi yazılım araçları, analiz ve tasarımı hızlandırmaya yardımcı olabilir.
Feragatname: Bu web sitesinin orijinal içeriğini yeniden yazdırmanız gerekirse, lütfen kaynağı belirtin; bu web sitesinde çoğaltılan içeriğin (makaleler, resimler, videolar) ve diğer materyallerin telif hakkı orijinal web sitesine aittir. Herkese açıklamamanız gereken makaleler veya resimler kullanırsak ve her iki tarafa da gereksiz ekonomik kayıplardan kaçınmak için zamanında onaylamazsak, lütfen bize e-posta gönderin, böylece uygun önlemleri hızlı bir şekilde alabiliriz; katkılarınızı bekliyoruz, e-posta: editors @ eccn. com.tr.
