高效率深度调光LED驱动控制器

摘要：

LED照明驱动需满足高可靠性，长寿命，高效率，深度调光等特性，以及简洁友好的参考设计工具。英飞凌宽广的DC-DC LED驱动IC产品组合，是驱动功率LEDs的理想选择，集成的智能热保护功能，结合过电压保护，过电流保护，进一步延长LED使用寿命。

ILD8150专为LED通用照明应用而设计研发，创新的混合调光技术，最低调光电流可达目标电流的0.5%以下，支持光调灭，无闪烁。输入电压高达80V，进一步提高了距离安全电压SELV的安全裕量;平均电流输出最大可达1.5A;集成高边驱动开关，99%最大占空比是实现高效率的保证。优异的性能加上完善的保护功能，是专业LED照明的理想选择。

英飞凌DC-DC LED驱动控制芯片，分为两大类别：线性控制器BCR系列，针对LED灯串灯带应用设计，涵盖工业和汽车领域应用;开关控制ILD系列，针对两级照明系统或直流输入应用。

高可靠性以及LED长使用寿命是LED照明关键要素。BCR系列非常适合驱动电流从10mA到250mA的中小功率LEDs。跟传统的电阻限电流方案相比，BCR控制器效率具明显优势，在全温度范围内恒流精度高，而且可以进行高频率的无闪烁PWM调光。

ILD全系列高集成DC-DC LED驱动控制器，支持电流输出范围从150mA到3A，非常适合驱动大功率或超大功率LEDs。ILD8150是一款最新款的降压型LED驱动控制器，耐压80V，输出电流达1.5A，集成智能热保护，是中大功率LEDs驱动的新选择。

1.英飞凌DC-DC开关型控制器家族

英飞凌DC-DC开关型控制器家族如图1示，ILD6150/ILD6070降压型控制器耐压60V，集成MOSFET支持驱动电流分别达到700mA和1.5A，智能过热保护功能。ILD4001驱动外置MOSFET，功率扩展更灵活。

ILD8150集成创新性混合调光模式，集成高边驱动MOSFET，支持高功率设计的同时拥有高效率。

图1 英飞凌DCDC开关型LED控制器

2.ILD8150系统概述

典型ILD8150系统如图2所示，高度集成功能和相关保护，大大减少了LED驱动控制器系统元器件数量。应用于两级方案中不但减小了输出纹波，降低了单级系统对设计余量的要求，而且大幅提高了整个系统的性能。

图2 ILD8150典型系统

ILD8150集成高边开关，集成Rdson290mohm的MOSFET，支持高功率设计，最大占空比99%， 保持系统最高效率的实现。

ILD8150输入电压范围从8V到80V，与安全特低电压(SELV)限值保有20V的裕量。

ILD8150集成创新混合调光技术，轻松调光到目标电流0.5%以下。在提供深度调光的同时，避免了闪烁现象的出现和可能的音频噪声。PWM调光输入信号频率范围250Hz到20kHz，控制LED电流输出从100%到0.5%，其中100%-12.5%为模拟调光输出模式，12.5%到0.5%为混合调光输出模式，混合调光输出频率3.4kHz，满足标准要求，无闪烁现象。

精确的电流控制保证了在规模量产时电流精度在3%内，包括不同芯片间及不同输出输入状态下的差异。在调光调色以及平板灯设计中极具优势。

高精度PWM数字调光接口，以及低功耗待机模式可以使ILD8150和MCU完美配合使用。

集成软启动软停止功能，减轻了前级的输出过冲或下冲。

此外，自举电压的欠压保护和过温度保护，以及其他的保护功能一起守护着系统的安全可靠。

ILD8150封装在DSO-8封装内，支持波峰焊接，增强型的ILD8150E具有更好的散热性能。

2.1 创新深度调光

ILD8150集成创新混合调光技术，PWM调光输入信号控制LED电流输出从100%到0.5%，其中100%-12.5%为模拟调光输出模式，12.5%到0.5%为数字调光输出模式。在模拟调光中，输出电流与内部CS参考电压成比例，输出电流在最大电流的100%到12.5%之间进行模拟变化。在12.5%以下进行数字调光，调制信号频率3.4kHz，满足IEEE1789-2015的要求，无闪烁可见。

图3为输入PWM占空比和输出电流比例的对应关系。图6所示为调灭关断的细节。

图3 混合调光曲线

下图4所示为输出电流在模拟调光状态。

图4 输出电流波形(模拟调光状态)

图5所示输出电流在数字调光状态。

图5 输出电流波形(混合调光状态)

PWM调光输入信号占空比小于DPWM_IN,OFF时，ILD8150关闭输出级;PWM调光输入信号占空比大于DPWM_IN,ON时，ILD8150打开输出级。这个迟滞设计避免了ON/OFF边界可能的不稳定态。

图6　调灭关断

ILD8150检测DIM脚上PWM调光输入信号占空比，在模拟调光时，内部CS参考电压与此占空比成比例;在数字调光时，占空比转换成数字调光占空比。数字调光频率固定不变，与输入PWM频率无关。

2.2 数字软启动

集成软启动功能，可以在启动期间平滑输出电流瞬变。

当调光信号突然改变时，IC控制输出电流平滑的改变;如果是调光调灭，这就是一个软停的行为，实现光渐变暗的过程。避免了对初级侧输出电压造成的过冲或下冲，保证了功率调节的平稳，减轻了元器件承受的压力。

图7 输出电流软起(100%调光或DIM脚悬空)

2.3.低功率待机模式

如果关机信号(SD)被驱动到低电位超过一定时间，则低功率模式激活，IC消耗极低的电流;如果关机信号保持在高电位超过一定时间，IC会从低功率模式恢复。

图8 待机信号接口

图9　停机时序

2.4 保护功能

ILD8150具备完善的保护功能，涵盖了对初级侧的保护，对负载的保护以及对IC自身的保护。比如负载突然拉载时对初级的保护，输出过流保护，过压保护，栅极驱动欠压保护。此外，ILD8150还集成过温度保护功能。

当结温超过温度阈值时，过温保护关闭输出级。当结温降至阈值以下时，输出级再次打开。

图10 温度保护

3 设计案例

以下为设计案例的部分测试结果，详细设计信息可以从英飞凌官网下载或咨询英飞凌工作人员。

LED驱动器规格为：

· VIN=70V

· ILED,AVG=1A

· VLED=51V(17LEDs)

电路板输出：

· 电流范围：250mA-1500mA

· 电压范围：8V-80V

· 电流精度：<1%

图11为设计原理图。X9跳线组合设置输出电流从250mA到1500mA。

图11 设计案例原理图

图12是调光曲线测试图。

图12 输出电流与占空比

图13显示了17颗LED在52V至70V输入范围内的效率测量结果，使用了不同的电感量做测试，分别对应最大开关频率86kHz,360Hkz,520kHz.

从曲线可以看出，当输入电压和输出电压相差不多时，由于开关频率相对较低，效率很高。

图13 效率曲线

4. 设计工具

英飞凌提供在线设计仿真工具，方便设计者设计使用，所见即所得。

图14 ILD8150在线设计工具界面

5 结论

本文描述了英飞凌LED DC-DC控制ILD8150的概况，并配以设计案例测试结果。ILD8150非常适合两级系统的DC-DC一级，支持宽输入宽输出设计，98%的效率，0.5%以下的调光，低待机功耗，方便与MCU配合使用。能够满足绝大多数智能照明对控制芯片的要求。