Circuito del driver LED-back-backlight del display automobilistico utilizzando LP8864-Q1

Fondamentalmente è fatto per alimentare in modo efficiente i LED nella tua auto.

Ha questi quattro lavandini di corrente ad alta precisione che fanno qualcosa chiamato spostamento di fase. Ciò che è pulito è che questa fase che lo spostamento si regola automaticamente in base al numero di canali che stiamo effettivamente utilizzando. Quindi è flessibile a seconda della configurazione.

Possiamo controllare la luminosità a LED in grande stile usando l'interfaccia I²C o l'input PWM. Pensaci come avere un interruttore dimmer ma molto più preciso.

Il controller Boost ha anche questa cosa adattiva in corso dove controlla la tensione di uscita in base alle tensioni per la testa della corrente a LED.

Ciò che fa è super intelligente: riduce il consumo di energia modificando la tensione di boost per essere appena sufficiente per ciò di cui abbiamo bisogno. Si tratta di essere efficienti. Inoltre, LP8864-Q1 ha una frequenza regolabile ad ampio raggio che lo aiuta a evitare di scherzare con la fascia radio AM. Nessuno vuole statico quando ascoltano le melodie.

E c'è di più! L'LP8864-Q1 può eseguire il digmaggio ibrido PWM e la corrente di corrente analogica. Questo è fantastico perché abbassa EMI (interferenza elettromagnetica), rende i LED durare più a lungo e rende l'intero sistema ottico più efficiente.

Diagramma a blocchi funzionale

Dettagli di pinout

Tabella 4-1. Funzioni del pin httsop

Tabella 4-2. Funzioni PIN QFN

Valutazioni massime assolute

(Valido oltre l'intervallo di temperatura dell'aria libera se non diversamente specificato)

Note:

1. Il superamento di queste valutazioni massime assolute può causare danni permanenti al dispositivo. Questi limiti non indicano l'intervallo operativo funzionale. Operando oltre le condizioni raccomandate può ridurre l'affidabilità, le prestazioni di impatto o ridurre la durata della vita.
2. I valori di tensione sono misurati rispetto ai pin GND.
3. Per applicazioni con dissipazione di potenza elevata e resistenza termica, la temperatura ambiente può richiedere un derre. La temperatura ambiente massima (T_A-MAX) è influenzata dal limite di temperatura della giunzione (T_J-MAX = 150 ° C), dissipazione di potenza (P), resistenza termica da giunzione a bordo e gradiente di temperatura (ΔT_BA) tra la scheda di sistema e l'aria circostante. La relazione è:
   T_a-max = t_j-max-(θ_jb × p)-Δt_ba
4. Il dispositivo include un meccanismo di arresto termico interno, per prevenire il surriscaldamento. L'arresto si verifica approssimativamente T_J = 165 ° C. e riprende il normale funzionamento, quando T_J = 150 ° C. .

Condizioni operative consigliate

(Valido oltre l'intervallo di temperatura dell'aria libera se non diversamente specificato)

Note:

1. Tutti i valori di tensione sono referenziati ai pin GND.

Diagramma del circuito

Descrizione dettagliata

Ok, quindi LP8864-Q1 è questo driver LED ad alta efficienza che è perfetto per le cose automobilistiche. Stiamo parlando di cose come quei fantasiosi display di infotainment, i gruppi di strumenti nella tua auto e persino display head-up (HUD), oltre ad altri sistemi di retroilluminazione a LED.

Fondamentalmente se sta illuminando qualcosa nella tua auto, questo chip potrebbe essere dietro di essa.

Ora per impostazione predefinita puoi controllare quanto i LED siano luminosi utilizzando un input PWM che è piuttosto standard. Ma prendi questo, puoi anche modificare la luminosità attraverso l'interfaccia I2C che ti dà qualche ulteriore flessibilità.

Per impostare le cose abbiamo questi resistori esterni che si collegano a pin specifici: BST_FSET, PWM_FSET e ISET. Questi resistori consentono di impostare parametri chiave come la frequenza di boost, la frequenza PWM a LED e quanta corrente sta andando a quelle stringhe a LED.

Inoltre c'è questo pin int che è come un giornalista di guasto. Se qualcosa va storto, ti farà sapere e puoi cancellare lo stato tramite l'interfaccia I2C o automaticamente quando il pin EN si abbassa.

Questo chip è tutto incentrato su quel puro Dimming PWM e ha sei driver attuali LED, ciascuno spingendo fino a 200 mA. Ma qui è dove diventa versatile, puoi unire quelle uscite se è necessario guidare LED più correnti.

Il resistore ISET imposta la corrente del driver LED massima e puoi perfezionarlo ulteriormente usando il registro LEDX_Current [11: 0] controllato I2C.

Il resistore PWM_FSET è ciò che usi per impostare la frequenza PWM in uscita a LED mentre il resistore LED_SET ti dice quante stringhe a LED sono attive. A seconda di come si imposta, il dispositivo regola automaticamente lo sfasamento.

Ad esempio, se si è in modalità a quattro corde, ogni uscita viene spostata di fase di 90 gradi (360 °/4). E non dimenticare, eventuali output che non si sta usando devono essere legati a GND che li disabilita e si assicura che non incastrino con il controllo di tensione adattivo o causino alcun falso avviso di guasto a LED.

Per mantenere tutto in funzione in modo efficiente, c'è un divisore di resistenza tra VOUT e il pin FB che imposta la tensione massima di boost.

La parte fresca è che il dispositivo osserva costantemente le tensioni delle stringhe a LED attive e regola la tensione di boost al livello più basso di cui ha bisogno. È possibile impostare la frequenza di commutazione Boost ovunque da 100kHz a 2,2 MHz utilizzando il resistore BST_FSET.

Inoltre ha una funzione di start soft per mantenere bassa l'attuale sorteggio dall'alimentatore quando si avvia. E può persino gestire un FET a linea di alimentazione esterna per interrompere la perdita di batteria quando è spento, dandoti anche un po 'di isolamento e protezione dei guasti.

LP8864-Q1 è un dispositivo notevole che viene caricato con molte capacità di rilevamento degli guasti quando si tratta di garantire l'affidabilità e la protezione del sistema. Entriamo nei dettagli di ciò che rende questo driver così robusto!

Caratteristiche complete di rilevamento degli errori:

Rilevamento di stringhe a LED aperte o in corto: Questa funzione è cruciale, perché identifica eventuali guasti nelle stringhe a LED che impediscono il riscaldamento eccessivo che potrebbe verificarsi se esiste un circuito aperto o corto. Ciò significa che possiamo proteggere i nostri sistemi da potenziali danni dovuti a LED difettosi.

Rilevazione di LED in corto a terra: I monitor LP8864-Q1 per situazioni in cui i LED potrebbero inavvertitamente corti a terra, che è un altro strato di sicurezza su cui possiamo fare affidamento.

Monitoraggio dei valori di resistenza esterna: Tiene d'occhio i resistori esterni collegati a vari pin come ISET, BST_FSET, PWM_FSET, LED_SET e MODE. Se una resistenza va fuori portata, ci verrà avvisato permettendoci di intraprendere azioni correttive prima di intensificare eventuali problemi.

Protezione del circuito di aumento: Questa caratteristica salvaguarda le condizioni di sovracorrente e di sovratensione nel convertitore Boost garantendo che i nostri circuiti funzionino entro limiti sicuri.

Protezione di sottotensione per il dispositivo (VDD UVLO): LP8864-Q1 monitora continuamente la tensione sul pin VDD. Se rileva condizioni a bassa tensione, possiamo impedire il malfunzionamento prima ancora che inizi.

Protezione da sovratensione per l'ingresso VIN (VIN OVP): Sente un'eccessiva tensione sul pin Vsense_P, che aiuta a proteggere il nostro dispositivo da potenziali danni a causa di picchi ad alta tensione.

Protezione di sottotensione per l'ingresso VIN (VIN UVLO): Simile alla sua controparte VDD, questa funzionalità rileva le condizioni a bassa tensione tramite il pin UVLO, aggiungendo un ulteriore livello di sicurezza per la nostra potenza di input.

Protezione eccessiva per l'ingresso VIN (VIN OCP): Monitorando la differenza di tensione tra i pin vSense_p e vsense_n, ci aiuta a rilevare un prelievo di corrente eccessivo che è cruciale per mantenere l'integrità operativa.

Caratteristiche principali

Interfaccia di controllo:

INT (Abilita input): pensa a questo come all'interruttore on/off per LP8864-Q1. Quando la tensione sul pin EN supera un certo punto (VENIH), il dispositivo si alimenta. Quando scende al di sotto di un altro punto (VENIL), si spegne. Quando è acceso, tutte le cose interne iniziano a funzionare.

PWM (Modulazione della larghezza dell'impulso): questo è il modo predefinito che controlliamo la luminosità della corrente di corrente a LED. Fondamentalmente regola il ciclo di lavoro per attenuare o illuminare i LED.

Int (interrupt): questo è come un allarme di errore. È un output a punta aperta che ci dice quando qualcosa va storto.

SDA e SCL (interfaccia I2C): queste sono le linee di dati e clock per l'interfaccia I2C. Li usiamo per controllare la luminosità degli attuali lavandini e per leggere eventuali condizioni di guasto per la diagnostica.

BST_SYNC: questo pin è per la frequenza di commutazione del convertitore Boost. È possibile alimentarlo un segnale di clock esterno per controllare la modalità di clock boost.

Il dispositivo rileva automaticamente un orologio esterno all'avvio. Se non esiste un orologio esterno, utilizza il proprio orologio interno.

È inoltre possibile legare questo pin a VDD per abilitare una funzione di spettro di diffusione di spinta o legarlo a GND per disabilitarlo.

PIN ISET: lo utilizziamo per impostare il livello di corrente massimo per ciascuna stringa LED.

Impostazione della funzione:

PIN BST_FSET: usa questo per impostare la frequenza di commutazione boost collegando un resistore tra questo pin e terra.

PIN PWM_FSET: questo imposta la frequenza di dimming PWM di uscita LED usando un resistore a terra.

Pin di modalità: questo pin imposta la modalità Dimming utilizzando una resistenza esterna a terra.

PIN LED_SET: usa questo per configurare la configurazione LED con un resistore a terra.

PIN ISET: questo imposta il livello massimo della corrente LED per pin outx.

Fornitura di dispositivi (VDD):

Il pin VDD fornisce energia a tutte le parti interne dell'LP8864-Q1. È possibile utilizzare una fornitura da 5 V o 3,3 V, in genere da un regolatore lineare o da un convertitore DC/DC, assicurandosi che possa gestire almeno 200 mA di corrente.

Abilita (en):

L'LP8864-Q1 si attiva solo quando la tensione sul pin EN è al di sopra di una certa soglia (VENIH) e si disattiva quando la tensione scende al di sotto di un'altra soglia (VENIL).

Tutti i componenti analogici e digitali diventano attivi una volta che l'LP8864-Q1 è abilitato tramite il pin EN. Se il pin EN non è attivo, l'interfaccia I2C e il rilevamento dei guasti non funzionano.

Pompa di carica

Ora concediamo di controllare come gestire la situazione della pompa di carica nella nostra configurazione. Fondamentalmente abbiamo una pompa di carica regolamentata integrata che può essere una risorsa reale per la fornitura dell'unità gate per il FET esterno del controller Boost. Ecco lo scoop:

Quindi la cosa interessante è che questa pompa di carica può essere abilitata o disabilitata automaticamente. Capisce se VDD e il pin cpump sono collegati insieme. Se la tensione su VDD è inferiore a 4,5 V, la pompa di carica entra per generare una tensione di gate 5 V. Questo è ciò di cui abbiamo bisogno per guidare quel FET di commutazione di boost esterno.

Ora, se utilizzeremo la pompa di carica, dovremo aprire un condensatore da 2,2 µF tra i pin C1N e C1P. Questo aiuta a fare la sua cosa.

Il rovescio della medaglia se non abbiamo bisogno della pompa di carica, non preoccuparti! Possiamo lasciare i perni C1N e C1P non legati. Ricorda solo di legare i pin di cpump a VDD.

Indipendentemente dal fatto che stiamo usando o meno la pompa di carica, abbiamo bisogno di un condensatore a cpump da 4,7 µF che immagazzina energia per il driver del gate. È molto importante che questo condensatore CPUMP sia utilizzato in entrambi gli scenari (pompa di carica abilitata o disabilitata) e vogliamo posizionarlo il più vicino umanamente possibile ai pin Cpump.

Fondamentalmente se la pompa di carica è abilitata, allora abbiamo un paio di bit di stato che possono darci alcune informazioni utili.

Prima di tutto abbiamo il bit CPCAP_STATUS. Questo ragazzo ci dice se è stato rilevato un condensatore a mosca. È come una piccola conferma che tutto è collegato correttamente.

Successivamente c'è il bit cp_status. Questo ci mostra lo stato di eventuali guasti della pompa di carica. Se qualcosa va storto con la pompa di carica, questo bit ci farà sapere. E genera anche un segnale INT che è come un avviso che qualcosa ha bisogno della nostra attenzione.

Ora ecco una funzione utile: se non vogliamo che l'errore di carico possa causare un interrupt sul pin int, possiamo usare il bit CP_INT_EN per impedirlo. Questo può essere utile se vogliamo gestire l'errore in un modo diverso o se non vogliamo essere costantemente interrotti da esso.

Boost Converter Stage

Quindi, fondamentalmente, stiamo parlando di un controller Boost che è come un dispositivo di passo per la tensione nei circuiti. In particolare, LP8864-Q1 utilizza il controllo in modalità corrente per gestire questa conversione DC/DC Boost che è il modo in cui otteniamo la giusta tensione per i LED.

Il concetto di boost funziona utilizzando una topologia controllata in modalità corrente e ha questo limite di corrente di ciclo per ciclo. Tiene d'occhio la corrente usando una resistenza di senso che è collegata tra ISNS e ISNSGND.

Se utilizziamo un resistore di senso da 20 MΩ, stiamo osservando un limite di corrente del ciclo 10A per ciclo. A seconda di ciò che stiamo facendo, quella resistenza di senso potrebbe essere ovunque da 15 MΩ a 50 MΩ.

Inoltre, possiamo impostare la tensione di boost massima utilizzando un divisore di resistenza FB-pin esterno che è collegato tra VOUT e FB.

A BST_FSET, una resistenza esterna consente di regolare la frequenza di commutazione del potenziamento tra 100kHz e 2,2 MHz, come indicato nella tabella seguente. È necessario una resistenza accurata all'1% per garantire il funzionamento corretto.

Aumenta il limite di corrente del ciclo per ciclo

La tensione che esiste tra ISNS e ISNSGND svolge un ruolo cruciale qui perché viene utilizzata sia per il rilevamento corrente del controller DC/DC Boost sia per le impostazioni per il limite di corrente del ciclo per ciclo.

Ora, quando raggiungiamo quella corrente di ciclo per ciclo, il limite del controller spegne immediatamente il MOSFET di commutazione. Quindi nel ciclo di commutazione successivo lo riaccenderà. Questo meccanismo funge da salvaguardia comune per tutti i componenti DC/DC correlati come induttore, diodo Schottky e mutando MOSFET, garantendo che la corrente non vada oltre i loro limiti massimi.

E questo limite di corrente del ciclo per ciclo non darà origine a alcun errore nel dispositivo.

dove, visns = 200mv

Controller Min On/Off Durata

La tabella seguente mostra il tempo di onda/disattivazione più breve possibile per il controller DC/DC del dispositivo. Il layout del sistema deve prestare particolare attenzione al tempo di spostamento minimo. I tempi crescenti e decrescenti del nodo SW dovrebbero essere maggiori del periodo minimo di disattivazione per impedire che il MOSFET non venga disattivato dal controller.

Aumenta il controllo della tensione adattiva

Aumentare il controllo della tensione adattiva con il convertitore DC/DC LP8864-Q1 è responsabile della generazione della tensione dell'anodo per i nostri LED. Quando tutto funziona senza intoppi, la tensione di uscita Boost si regola automaticamente in base alle tensioni per la testa del lavandino della corrente a LED. Questa funzione utile è nota come controllo di boost adattivo.

Per impostare il numero di uscite a LED che vogliamo utilizzare, utilizziamo semplicemente il pin LED_SET. Solo le uscite a LED attive sono monitorate per gestire questa tensione di boost adattiva. Se le stringhe a LED incontrano guasti aperti o brevi, vengono prontamente esclusi dal ciclo di controllo della tensione adattiva assicurando che mantengiamo prestazioni ottimali.

Il ciclo di controllo tiene d'occhio le tensioni del perno del driver a LED e se una delle uscite a LED si immerge sotto la soglia VHeadroom, aumenta la tensione di boost. Al contrario, se una di queste uscite raggiunge la soglia VHeadroom, la tensione di boost viene abbassata di conseguenza. Per una rappresentazione visiva di come funziona questo ridimensionamento automatico in base alla tensione OUTX-pin, VHeadroom e Vheadroom_hys, possiamo fare riferimento alla figura di seguito.

Il divisore resistivo composto da R1 e R2 svolge un ruolo cruciale definendo i livelli minimi e massimi per la tensione di boost adattiva. È interessante notare che il circuito di feedback funziona costantemente sia nelle topologie Boost che Sepic. Quando scegliamo la nostra tensione massima di boost, è essenziale basare tale decisione sulla specifica di tensione della stringa massima LED; Abbiamo bisogno di almeno 1 V superiore a questo massimo per garantire che il nostro sink attuale funzioni correttamente.

Prima di attivare i conducenti a LED, iniziamo una fase di avvio in cui l'aumento raggiunge il suo livello iniziale, approssimativamente all'88% dell'intervallo tra tensioni di aumento minimo e massimo. Una volta che i nostri canali del driver LED sono attivi e funzionanti, quindi la tensione di uscita di aumento continua a regolare automaticamente in base alle tensioni dei pin OUTX.

Inoltre, il divisore di resistenza per pin FB è determinante nel ridimensionamento non solo dei livelli di protezione da sovratensione della sovratensione (OVP) e di protezione da sovracorrente (OCP), ma gestisce anche livelli di cortocircuito in applicazioni come HUDS.

Divisore FB che impiega la tecnica a due resistor

La tensione di uscita e il terreno di uscita sono collegati tramite un circuito divisore a due resistor in una configurazione standard FB-pin.

L'equazione seguente può essere utilizzata per calcolare la tensione di boost più alta. Quando le stringhe a LED sono scollegate o durante l'esecuzione del rilevamento della stringa aperta, è possibile ottenere la tensione massima di boost.

VBoost_max = isel_max × r1 + ((r1 / r2) + 1) × vref

Dove

• Vref = 1.21V
• Isel_max = 38.7µA
• R1 / R2 L'intervallo consigliato normale è 7 ~ 15

La tensione di stringa LED minima deve essere maggiore della tensione di aumento minima. Questa equazione viene utilizzata per determinare la tensione minima di aumento:

VBoost_min = ((R1 / R2) + 1) × Vref

Dove

• Vref = 1.21V

Il controller Boost smette di cambiare il FET boost e imposta il bit BstoVPL_STATUS quando si ottiene il livello di boost ovp_low. In tutto questo stato, i driver a LED rimangono operativi e quando il livello di uscita di boost scende, l'aumento torna alla sua modalità normale. L'attuale tensione di boost provoca uno spostamento dinamico nella soglia di bassa tensione OVP Boost. L'equazione di seguito può essere utilizzata per il calcolo:

VBoost_ovpl = vBoost + ((R1 / R2) + 1) × (VFB_OVPL - VREF)

Dove

• VFB_OVPL = 1.423V
• Vref = 1.21V

Il controller Boost passa alla modalità di ripristino degli errori e imposta il bit bstovph_status una volta raggiunto il livello di boost ovp_high. La seguente equazione viene utilizzata per determinare la soglia di boost OVP ad alta tensione, che allo stesso modo varia in modo dinamico con la tensione di boost di corrente: