【应用】基于LED驱动芯片OC5020B、OC5022B、OC5028B调光电路深度设计应用方案

本文讲述基于欧创芯OC5020B/OC5022B/OC5028B LED驱动芯片--使用DIM脚进行线性调光应用方案。欧创芯公司最新推出的OC5020B/OC5022B/OC5028B控制器的DIM脚支持线性调光，支持的电压范围为1.1-3.1V，线性调光范围为1%-100%，要实现输出电流的亮度变化，可直接使用DIM脚，调整DIM脚电压，达到线性调光的目的。DIM脚电压对应的输出电流的比例可按如下表格数据进行换算，客户可根据需要的输出电流的大小来选择外围器件的参数，特别是DIM脚分压电阻。

如下图所示：使用可调电阻调光，可调电阻型号为B50K(电阻可调范围0-50K)，要使电阻在可调的变化范围内实现亮度的变化。

图中C1为VDD旁路电容，Z1为VDD稳压管(使用外部稳压管电压更加稳定，线性调光比例会更加优异)，C2为DIM 脚的旁路电容，防止输入源进入的干扰信号，或者空间辐射带入的干扰信号，使用B50K可调电阻器调光时，最大电阻值应达到最大亮度，即DIM电压必须达到3.1V。

按参数计算VDIM=5.1*R3/(R2+R3)=5.1*50/(50+33)=3.1V，所以在上拉使用33K 电阻时，在可调电阻调到最大值时，输出电流达到最大。当使用33K 上拉电阻时，当电阻扭到R3=33K*1.1V/（5.1-1.1）V=9.0K，对应输出电流比例为1%，即可调电阻阻值达到9K 以上，灯珠才会有电流输出。

如下图所示：使用DIM 脚进行远近光调光，接高亮灯为全亮，接低亮灯为50%的输出电流，也可通过DIM脚已有的线性电压调光功能实现。

  ·   接VL+和GND 时，DIM 脚通过R5 R6 进行分压，得到50%的输出电流；

  ·   接VH+和GND 时，DIM 脚通过R2 电阻值被拉高，超过了3.1V，所以输出得到100%的输出电流。

如下图的改进后的电路，可两组灯珠实现远近光灯切换

接VL+和GND 时，Q1 关闭，只亮L+,L-这路灯，且DIM 脚通过R5 R6 进行分压，得到50%的输出电流；

接VH+和GND 时，Q1 的GS 极电压被拉高，Q1 导通，两路灯同时亮，输出电流为100%；

使用CS脚进行线性调光

芯片内部架构图具体到芯片的5/6脚可标识为如下图，芯片的5 脚位MOS 管的源极，通过主功率电流，6 脚接内部基准电压比较器的负极。如果5/6脚直接接在一起的，就是用相当于用250mV来采样输出电阻，达到250mV 时关闭MOS 管动作，然后进入设定的Toff 时间，电感进行放电，Toff时间完成后，MOS 管重新开启。

所以可通过外部电阻分压来改变6 脚CS 采样电压值，从而改变控制CSD 接的采样电阻上的采样电压值，达到控制输出电流值。

具体应用线路可按如下电路：

  ·  V1 为接入的可调电压，如下电路可通过调整V1 电压值达到调整输出电流的效果，因为V1通过R5，R6 的电阻分压，在采样电阻R3/R4 上会形成一个可变的电压值，作为采样电阻的参考电平，在芯片工作过程中，内部MOS 管导通后，大电流会从CSD 经过R3/R4 电阻，电阻上的电压和参考电平比较，若超过参考电平，则内部MOS 会关闭，然后进入Toff 时间内电感放电，Toff 时间完成后，MOS 再开通。

  ·  根据电路可计算采样电阻上的实际采样电压值非内部的0.25V ， 而是Vcs=0.25-(V1-0.25)*R6/(R5+R6)，Io=Vcs/Rcs-0.5*ΔI，从公式中可看出，当V1=0V 时，输出电流达到最大值，当V1 逐渐增大，输出电流也跟随线性降低。假设R6=2.2K,R5=22K，需要达到一半的输出电流亮度时，Vcs=0.125，可计算出此时V1=1.625V，即V1 达到1.625V 时输出电流为总电流的一半。

同样按此线路我们可实现0-10V 调光

可假定在V1=10V 时，输出电流达到0%，在V1=0V 时输出电流为100%，R6=2.2K，则按图上的计算公式可计算出R5=83.6K，即使用R5=83.6K，R6=2.2K 可实现0-10V 线性调光，在电压逐渐上升过程中，输出电流会逐渐下降，并且满足一个线性系数K=0.025 降低输出电流。

根据CS 脚的线性调光，衍生出来可用来实现远近光灯的切换，如下图所示接VH+和GND 时，R7/R8 分压给Q1 的GS 极，Q1 导通，同时CS 电压以0.25V 作为参考基准，所以输出电流为100%。

接VL+和GND 时，Q1 不导通，同时CS 电压以R5/R6 分压进行线性调光，可根据计算得出此时采样电阻R3/R4 上的基准电压Vcs=0.25-（5.1-0.25）*R6/R5，当使用R5=10K，R6=200R 时，输出电流为50%

PWM调光应用

在LED恒流方案中，经常会有PWM或者线性调光的需要，调节LED灯的亮度或者颜色而PWM调光信号的频率，在使用中需要注意。

直接PWM 信号接入到DIM 引脚进行调光，由于芯片内部运放、检测和驱动需要建立时间，所以在MCU 发出PWM 信号，到DIM 接收到信号并且芯片做出相应的比例调节时，有一定的延迟时间，而这段延迟时间可能会造成PWM 调节比例上的差别，PWM 信号的频率越高，延迟时间相对在开关工作周期内占的比重会越大，正常调光信号对应的输出电流比例应为1:1 的比例关系。

为保证调光的线性度和调光比，需要满足Fsw：Fpwm＞100:1，假设芯片SW 驱动频率为100K，PWM 信号频率为1K，100:1＞100:1 满足条件，这样在PWM 信号为高时，50%占空比，芯片有50 个完整的开关周期，这样，才能保证输出电流比例和PWM 占空比信号比例保持基本一致，和上图会基本吻合，默认调光频率设置在500Hz-5KHz。

建议客户使用PWM 调光的接线电路(R1=1K,R2=10K)：控制器输出的PWM 信号串入一个电阻R1，在接到DIM 引脚，DIM 对VSS 接一个10K 下拉电阻。在此需要注意OC502X 的DIM 引脚内部并无上拉或下拉。因此，对于使用MCU 一类的驱动IC，由于MCU 在上电瞬间会有一个持续达数ms 的上电复位时期，而此时I/O 口通常处于不确定的悬浮态。

由于OC502X 的VDIM＞3.1 即判断为高电平，因而当I/O 口处于不确定态时，特别需要一个下拉或上拉，来确保OC502X 在这段时间确定工作在某个状态。否则，在那些Vin 输入电压特别高的情形下，容易因为数ms 时间的不确定态，烧毁LED 灯串。因而，在使用MCU 调光时，我们不建议客户使用如下电路：

关于PWM 信号的串联限流电阻器R2

一般情况下，该电阻器R2 是不需要的。特别是很多MCU 与OC502X 是接近电压值，甚至是同一个电压供电的情况下（譬如共同由某个LDO 输出的5.0v）。但是在某些情况下，这需要增加串联电阻器。当MCU 采用比OC502X 更高的供电电压时，这就需要使用R1 串联限流电阻器。由于OC502X 的DIM 引脚是一个高阻抗输入引脚，并不会吸入大电流。但是，一般来说，芯片内部引脚对Vdd 均会有个反向的ESD 二极管，若芯片Vdd 除外的其他引脚电压超过Vdd 达到0.3V 以上，则内部ESD 二极管会导通，继而损坏芯片内部电路，造成不可逆的损伤。所以在使用过程中，若PWM信号电压高电平电压超过VDD 时，为保证OC502X 稳定工作。为此，需要串入一个1K-4.7kΩ的R1 来避免此问题。

PWM 信号经过处理后接入到CS 脚，同样也会根据PWM 信号占空比的变化，达到实现调光的效果。若使用PWM 信号直接接入到DIM 脚进行调光的，假设Fpwm=1KHz，则SW 脚内部MOS 管、电感的充放电总周期为1KHz，在PWM 信号输出为高时，SW 开关频率以芯片的驱动频率Fsw 工作，PWM 信号输出为低时，无输出电流。按此应用来看，由于电感在充放电的过程中，可能SW 开通对电感进行了充电，但此时PWM 信号来了要关闭SW 输出，那电感在充电完成后的能量无法泄放，那电感必然需要寻找泄放的路径，此时电感的电流通过磁间隙损耗，而且此频率低，是在人耳可接受的频率范围内，所以会出现电感有啸叫声。而使用下面的调光线路进行PWM 调光，可解决电感有啸叫声的问题。

如下电路图改变采样电阻的基准电压Vcs=0.25-(Vpwm*D-0.25)*R6/(R5+R6+R7)

当使用的PWM 信号Vpwm=3.3V 时，R5=10K；

当使用的PWM 信号Vpwm=5.0V 时，R5=17K。