【应用】欧创芯基于LED恒流控制器OC5031的LED恒流应用方案
![LED恒流驱动器,OC5031,欧创芯](https://www.sekorm.com/front/website/images/sekormContent.jpg)
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欧创芯公司推出的OC5031是一款支持宽输入电压的LED恒流控制器;芯片驱动能力强,支持DIM引脚进行PWM调光,外扩驱动时,可选择合适的MOS管和输入电容。
a) 芯片输入电容的选择:
输入电容为芯片提供瞬态大电流,去掉或者使用RMS 电流不足的电容会出现芯片工作不正常,甚至损坏芯片,在输出满载的情况下,开关冲击可能直接击穿电源模块,输入电容可使用插件电解电容、贴片铝电解电容、胆电容、固态电容等材质电容,同时输入电容的ESR 最小RMS 电流需要满足IRMS>0.3*0.22/Rcs,由于贴片陶瓷电容的RMS 电流较小,所以不建议输入电容只使用贴片陶瓷电容,不加电解电容,可能在输入频繁冲击时会损坏芯片。
AC输入的情况下输入电容的容量需要增大,满足容量30-50uF/W 的要求。保证在AC输入情况下,整流后的波谷电压值可满足正常工作电压要求,同时电容容量增大,可保证输出LED 灯珠上的纹波和进入到芯片VIN 脚的纹波大小,也对系统的稳定性有很好改善效果。输入VIN 脚需要并联0.1~1uF 的旁路高频去耦瓷片电容,有利于系统的稳定性。
b) 芯片外扩驱动时,MOS 管的选择:
从OC5031 系列的规格书中可知,OC5031 的LDO 输出口电压为5.5V,由于MOS 管在导通时的内阻和Vgs 电压有关系,而OC5031 系列中MOS 管的驱动电压Vgs=VCC 电压,为了保证能使MOS 在导通过程中,导通内阻小,MOS 管的损耗小,达到提高效率,建议使用外扩的MOS 管选择VGS(th)-MAX<2.5V,且Ciss<2200pF 参数的MOS 管。
c) 续流二极管的选择:
为了保证模块的转换效率和性能,二极管应该选择超快恢复时间、低正向导通压降、低高温漏电流的肖特基二极管,并且二极管的电流和电压有一定的余量。
2) 芯片极限参数说明
a) 芯片采用CMOS 工艺,5V 为标准VCC 引脚电压,极限值为7V 电压。Vin 极限耐压为40V;
b) VCC 为LDO 的输出口,极限输出电流为5mA,可给单片机供电,但是单片机的工作电流需要小于5mA;
c) 芯片极限焊接温度为240℃(时间小于30S)。
3) 如何使用DIM 引脚进行PWM 调光
在LED 恒流方案中,经常会有PWM 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。
a) PWM 的信号在接传输到DIM 引脚,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FDRV:FPWM>50:1,假设芯片DRV 的工作频率为100K,PWM 信号频率为1K,100:1>50:1 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200Hz-5KHz。
b) 通常PWM 调光的接线电路:
① OC5031 的DIM 引脚内部并无上拉。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OC5031 只需要>2.5V 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OC5031 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:
② 关于PWM 信号的串联限流电阻器R1。一般情况下,该电阻器R1 是不需要的。特别是很多MCU 与OC5031 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5.5V)。但是在某些情况下,这需要增加串联电阻器。当MCU 采用比OC5031 更高的供电电压时,这就需要使用R1 串联限流电阻器。由于OC5031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VCC 均会有个反向的ESD 二极管,若芯片VCC 除外的其他引脚电压超过VCC 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VCC 时,为保证OC5031 稳定工作。为此,需要串入一个1K-4.7kΩ的R1 来避免此问题。芯片DIM 电压在2.5V 以上达到全亮电流Io=0.2/Rcs,在0.3V 以内输出为低,关闭输出电流。
4) 如何使用DIM 引脚进行线性模拟调光:
新版本的 OC5031 系列在老版本的基础上DIM 脚增加了线性调光功能,DIM 脚支持的线性调光电压范围为0.5-2.5V,即DIM 脚需要达到0.5V 才会启动,启动后可迟滞到0.3V 关闭,在2.5V 时输出电流达到最大,2.5V 以上保持最大亮度输出。如下图DIM 脚电压对应的输出电流比例如下,客户可根据要求的低亮度对应的电流,来选择DIM 脚的电压:输出100%电流计算:Io=0.2/Rcs,在加入DIM 电压进行线性调光后:输出电流o= 0.2 *cs 2.5DIM I VR(0.5V≤ DIM V ≤2.5),在2.5V<VDIM≤VCC 范围时,输出电流为100%根据DIM 线性调光功能,我们可衍生出如下电路进行灯具的高低亮度调整:
A. 如下图使用可调电阻调光,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C3 为VIN 旁路电容,Z1 为提供DIM 分压的基准5.1V 稳压管,如果成本允许的情况下,使用TL431 这样的基准来对DIM 脚进行分压,这样在DIM 进行线性调光时的输出电流会更加准确,精度会高。
C4 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 电压达到2.5V。按参数计算VDIM=5.1*R9/(R8+R9)=5.1*50/(50+52)=2.5V,所以在上拉使用52K 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52K 上拉电阻时,当电阻扭到R9=52K*0.5V/(5.1-0.5)V=5.6K,对应输出电流比例为5%,即可调电阻阻值达到5.6K 以上,灯珠才会有电流输出。
B. 使用DIM 脚进行远近光调光,接高灯为全亮,接低灯为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R8 R9 进行分压,得到50%的输出电流;
接VH+和GND 时,DIM 脚通过R10 电阻值被拉高,超过了2.5V,所以输出得到100%的输出电流。
此电路中的R9 若改为热敏电阻,可以用作主动温度保护控制,用户可自定义过温点。(芯片本身自带的过温保护点为140℃)
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,Q2 关闭,只亮L+,L-这路灯,且DIM 脚通过R8 R9 进行分压,得到50%的输出电流(R8=29K,R9=10K);接VH+和GND 时,Q2 的GS 极电压被拉高,Q1 导通,两路灯同时亮,输出电流为100%;
OC5031系列在上电后,VIN 达到5.5V 电压,DRV 驱动打开MOS 管,CS 引脚检测CS 电阻上的电压,电感电流线性增大,CS电阻上的电压也线性往上增,在CS电压达到0.22V 的电压时,DRV 关闭MOS管,此MOS 开的回路如图上图①红色回路,在MOS 管关闭后,电感释放电流经过续流二极管D1/D2/D3,经过LED 灯珠,续流回路图上图②粉红色回路,此两个为的主功率回路。
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本文由杯中的清泉转载自欧创芯,原文标题为:欧创芯 基于OC5031设计的LED恒流应用指导书,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
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