ほとんどどんな入力からでもハイパワーLEDストリングをドライブする 100Vコントローラ – デザインノート461 by Keith Szolusha はじめに 高電力ソリッドステートLEDストリングは、 高品質の光出力、 比類のない耐久性、 相対的に低い寿命コスト、 色の変化しな い調光およびエネルギー効率を特長とするので、 大面積で高 ルーメンの光源の分野で従来の照明技術に置き換わりつつ あります。LCDバックライトとプロジェクション、 産業用および 建造物の照明、 自動車のライト、 街灯、 広告塔、 競技場の照明 など、 アプリケーションのリストは日毎に増えています。 リストが拡大するにつれ、 LEDドライバのVINの範囲も拡大し ます。LEDドライバは、 車載バッテリの過渡電圧、 多様な他の バッテリやACアダプタ電圧など、 広い範囲で変化する入力を 扱えなければなりません。それぞれのアプリケーションに異 なったLEDドライバを使うということは、 LED照明のメーカー にとって、 いくつかのLEDコントローラを在庫し、 テストし、 それ らを使って設計することを意味します。多くのソリューション に対応可能なコントローラを1つだけ使う方が得策でしょう。 LT3756高電圧LEDドライバはトポロジーに対するユニーク な柔軟性を備えているので、 昇圧モード、 昇降圧モード、 降圧 モード、 SEPIC、 フライバックなどのトポロジーで使うことがで きます。電力能力が高いので、 広い入力電圧範囲で潜在的に 数100ワットのLEDに電力を供給します。その100Vフロー ティングLED電流検出入力により、 正確にLED電流を検出し ます。優れたPWM調光アーキテクチャは高い調光比を実現 します。 多数の機能がLEDと周辺の部品を保護します。シャットダウ ンと低電圧ロックアウトは標準的オン/オフ機能を与えると ともに、 入力から得られるアナログ調光と組み合わされる と、 バッテリ電圧が許容できない低いレベルに低下したとき LED電流を減少させます。アナログ調光は精確であり、 広い 範囲の輝度制御のために、 PWM調光と組み合わせることが できます。ソフトスタートは突入電流スパイクを防止します。 OPENLEDピンはオープンした、 または欠落したLEDについ て知らせ、 SYNCピン（LT3756-1）はスイッチングを外部ク ロックに同期させるのに使うことができます。FB電圧ループ は最大VOUTを制限して、 オープンLED発生時にコンバータ を保護します。 この16ピンのICは小型QFN（3mm×3mm）パッケージおよ びMSEパッケージで供給され、 両方とも熱的に改善されてい ます。もっと低い入力電圧要件には、 類似のオプションとして 40VIN、 75VOUTのLT3755 LEDコントローラがあります。 L、 LT、 LTCおよびLTMはリニアテクノロジー社の登録商標です。 他の全ての商標はそれぞれの所有者に所有権があります。 VIN 10V TO 80V L1A, B 22µH 2× VIN 40V TO 60V 2.2µF 100V ×2 499k SHDN/UVLO 23.2k OVP= 95V VIN 1M FB VREF 24.3k LT3756 0.068Ω 10k 0V–12V 9.1k FOR 0A–1A ILED VREF PWMOUT 1N4448HWT Si7322DN 10k 4700pF 83V LED STRING 0.1µF GND INTVCC 120k 4.7µF L1 = 2× SERIES SLF12575T-220M4R0 Q1 = 2× PARALLEL Si7322DN 10k 69.8k 150kHz 0.1Ω 6.2V ISN FB 147k ILED 1A Q1 1 OR 2 LEDs 3.5V EACH 0A–1A 51k LT3756 M3 PWM 10µF 16V 4.7k 12.4k M2 CTRL 1k PWM 0.018Ω ISP PWMOUT 図1． 競技場の照明用の125W、83V/1.5A、97%効率の 昇圧LEDドライバ 03/09/461 30.9k SENSE 100k 42.2k 250kHz VIN SHDN/UVLO Q1A, B GATE OPENLED 0.1µF ILED 1.5A 196k ISN 30.9k PWM SS RT VC 2.2µF 100V ×5 1.8M ISP CTRL INTVCC 2.2µF 100V ×2 PDS5100 OPTIONAL L1 33µH D1 OPENLED M1 SS GATE RT VC SENSE GND INTVCC 0.01µF 0.05Ω 4.7µF 100k D1: DIODES INC B2100 L1: SUMIDA CDRH8D38-330 M1: VISHAY SILICONIX Si4484EY M2: VISHAY SILICONIX Si2307BDS M3: VISHAY SILICONIX Si2328DS Q1: MMBT5401 図2． 1個または2個のLEDのPWM調光付き 80VIN降圧モードLEDドライバ 昇圧 昇降圧モード 競技場の照明システム、 スポットライトおよび広告塔は高電力 で動作する巨大なLEDストリングを必要とします。LT3756コ ントローラは最大100VのLEDストリングをドライブします。図 1の125W LEDドライバの入力は40V〜60Vです。 LEDドライバの一般的要件の1つは、 LEDストリングの電圧範 囲と入力電圧範囲の両方が広く、 重なり合っていることです。 実際、 設計者によっては、 いくつかの異なるバッテリ電源やい くつかの異なるLEDストリングに対して、 同じLEDドライバ回 路を使うことを好みます。このように柔軟な構成設定は、 いく らかの効率、 部品コスト、 基板スペースを代価として、 設計を 簡素化し、 市場に出すまでの時間を短縮します。 高電力GATEドライバは2個の100V MOSFETを250kHz でスイッチングします。このスイッチング周波数は、 ディスク リート部品のサイズを最少に押さえながら、 97%の高い効率 を維持するので、 ディスクリート部品の温度上昇は50℃以下 になります。これは125WのLEDストリングによって生じる熱 に比べると扱いやすい温度上昇です。 PWM調光が不要であっても、 PWMOUTのMOSFETは シャットダウン時のLEDの切断に役立ちます。これはLEDスト リングを通って電流が流れるのを防ぎます。 LEDストリングが取り去られると、 FBの定電圧ループが引き 継いで、 出力を96Vに安定化します。過電圧保護がないと LEDセンス抵抗を流れる電流はゼロになり、 出力コンデンサ の電圧は100Vを超え、 いくつかの最大定格を超えるでしょ う。OVPの間、 OPENLEDは“L”になります。 降圧モード V INがV LEDより高いとき、 LT3756は降圧モードのLEDドラ イバとして同等に機能することができます。図2の降圧モード LEDドライバは10V〜80Vの広い入力範囲で動作し、 1個ま たは2個のLEDを1Aでドライブします。 PWM調光はPWMOUTピンからハイサイドLEDストリングへ のレベルシフトを必要とします。最大PWM調光比は、 スイッ チング周波数が高く、 PWM調光周波数が低く、 V INが高く、 さらにLED電力が低いほど増加します。この場合、 調光周波 数が100Hz、 入力が48Vでは、 100:1の調光比が可能です。 もっと高いスイッチング周波数が可能ですが、 デューティ ・サ イクルにそれ自体の限界があります。大きめの最小オン時 間と最小オフ時間の制約があるので、 その周波数範囲の下 端の周波数（150kHz）が、 高VINから低VLEDの過酷な要件 （80VINから1個の3.5V LED）および低VINドロップアウトの 要件（10VINから7VLED）を満たすために必要です。 降圧モードLEDドライバのOVPはレベルシフトも備えていま す。FBに接続された、 レベルシフトされたOVPネットワークが ない場合、 LEDストリングがオープン状態になると、 出力コン デンサがV INまで充電されます。降圧モードの部品はこの条 件に耐えるとしても、 LEDはVINに等しい電位に装着される とき耐えられない可能性があります。 データシートのダウンロード：http://www.linear-tech.co.jp 図3の昇降圧モード・ ドライバは1個のインダクタを使います。 9V〜36Vの入力を受け入れ、 400mAで10V〜50VのLED ストリングをドライブします。 インダクタ電流は入力電流とLEDストリング電流の和です。 つまり、 ピーク・インダクタ電流はピーク・スイッチング電流に 等しくなります。9Vより下の入力では、 CTRLアナログ調光 はLED電流をスケールバックして、 インダクタ電流を制御さ れた状態に保ちます。UVLOは6VINより下ではLEDをオフし ます。この場合、 C OUT、 DIおよびMIに最大95Vの電圧が現 れることがあります。 まとめ LT3756コントローラは多用途ハイパワーLEDドライバです。 ハイパワーLEDの大小のストリングに必要な全ての機能を備 えています。LT3756は、 高電圧定格、 最適化されたLEDドラ イバ・アーキテクチャ、 高性能PWM調光、 多数の保護機能お よび高精度ハイサイド電流検出を備えているので、 シングル ICとして様々な照明システムに最適です。 10V–50V LED– L1 22µH VIN 9V TO 36V M1 110k VIN 499k GATE SENSE 130k LT3756 PWM INTVCC VREF ISP ISN OPENLED SS GND RT VC 0.1µF 5.1k 10k 4700pF 102-0094 東京都千代田区紀尾井町 3-6紀尾井町パークビル 8F TEL(03)5226-7291 FAX(03)5226-0268 http://www.linear-tech.co.jp 4.7k 2.49k COUT 2.2µF 100V ×2 VIN M1: VISHAY SILICONIX Si7454DP D1: DIODES INC. PDS3100 L1: SUMIDA CDRH127-220 28.7k 400kHz 図3． 広い範囲にわたるVINおよびVLED向けの 昇降圧モードLEDドライバ 三 共 社 ジ ェ ピ コ 東京電子販売株式会社 株 式 会 社 信和電業社 伊 藤 電 機 株 式 会 社 リニアテクノロジー株式会社 3906 0.25Ω PWMOUT CTRL 100k 140k 0.025Ω FB SHDN/UVLO 4.7µF ILED 400mA D1 2.2µF 50V ×2 1M LED+ 株 式 会 社 TEL 03-5298-6201 株 式 会 社 TEL 03-6362-0411 TEL 03-5350-6711 TEL 06-6943-5131 TEL 052-935-1746 dn461 • PRINTED IN JAPAN LINEAR TECHNOLOGY CORPORATION 2009