PCB技術 - 駆動LED：トポロジ選択が重要

本文では、LEDドライバにおいて一般的なDC/DCトポロジ、降圧または降圧レギュレータについて説明します。発光ダイオード（HB−led）の各パッケージルーメン出力と光効率（ルーメン／ワットまたはlm／W単位）における性能は急速に向上しました。商用の1W LEDは、冷色温度LED（色温度5000 K）のパッケージルーメン出力が100ルーメンを超え、光効率が100 lm/Wに達し、同じ電力レベルの暖色温度白色光LED（色温度3000〜3500 K）も70〜80ルーメンを超えています。

LED駆動回路の主な機能の1つは、入力条件や順方向電圧がどのように変化するかにかかわらず、さまざまな動作条件で定電流することです。駆動回路はエネルギー効率、容量許容量、外形因子、コスト及び安全性の応用要求に合致しなければなりません。同時に、選択された方法は、特定のアプリケーションの極端な環境に適応するために、使いやすく、十分に強固でなければなりません。いくつかの異なる安定流方法があります。

固定電圧電源を用いて電力を供給する抵抗は、簡単で低コストな定電流方法です。実際には、LEDの順方向電圧の変化とソース電圧の変化、そして電流の変化を招いて輝度の変化を引き起こす場合に、簡単に大きな電流を制限するだけで、安定した流れではありません。低電流インジケータ用途には許容できるかもしれないが、電流の増加と直列LEDの数の増加に伴い、問題となっています。この問題を克服するには、LEDストリング順方向電圧に合うために、コストがかかり、時間がかかり、適切な抵抗をエンコードし、選択する必要があります。これらの手順を行っても、入力電圧の変化による輝度変化の問題があります。

本文では、駆動LEDにおいても一般的な他のDC/DCトポロジ、昇圧コンバータ、昇圧入力コンバータ、シングルエンド一次インダクタンスコンバータ（SEPIC）について議論します。

昇圧コンバータは、常に入力電圧より高い出力電圧を提供します。昇圧入力変換器の構造は昇圧変換器と似ており、負荷は変換器出力と入力ポートの間に接続されています。SEPICは接地に対する出力電圧を提供し、この電圧は入力電圧よりも低くても高くてもよいです。SEPICは、入力変換器に昇圧または昇圧するような単一のインダクタではなく、結合インダクタとキャパシタから構成されています。

これらのトポロジが必要なアプリケーションを知りたいかもしれません。1つの流行はLEDヘッドランプです。典型的な自動車用LEDヘッドライト制御ユニットのブロック図。従来の白熱灯や高強度放電灯ではなく、道路にLEDを搭載する車両が増えています。LEDの使用寿命はより長く、DC/DC LED駆動回路はより良いシステム効率を提供します。

これらのトポロジを使用するには他にも理由があります。その理由の1つは、LEDの柔軟な電圧（またはLED数）が、ハイビームランプ、ロービームランプ、デイタイムドライブランプ（DRL）、フォグランプを含む前照灯機能を実現できます。もう1つの理由は、自動車のバッテリが通常、固定電圧レベルにないことです。冷始動、熱始動、負荷突然降下などの極端な条件下で、自動車電池は6V未満から40Vを超える電圧範囲を提供することができます。このような広範囲の入力電圧を用いてLEDを駆動し、自然に入力コンバータまたはSEPICに昇圧することを選択します。もちろん、LED電圧が常に40V（自動車のバッテリから供給される入力電圧範囲全体）を超える場合は、昇圧コンバータが最適な選択になります。

これらのタイプの変換器を構築する一般的な方法は、LM 3421、LM 3423、LM 3424、またはLM 3429などのローサイドNチャネルFETコントローラを使用することです。TIが新たに発表したTPS 92691は、昇圧コンバータ、入力コンバータまたはSEPICに昇圧するように構成することができます。2つのピンの入力を組み合わせたときに1000対1のコントラストを提供することができます。独立したアナログ電流調整入力ピンとパルス幅変調（PWM）調光入力ピンを介します。TPS 92691は、高側電流検出抵抗器または低側電流検出抵抗器に柔軟性を提供するレール間電流検出増幅器を有します。2V以下または60Vまでの出力LED電圧レベルについては、室温で平均LED電流を/−3%の精度で調整することもできます。

与えられたアプリケーションに対して適切なLEDドライバスキームを評価する場合、選択できるトポロジはいくつかありますが、異なる取捨選択も考慮する必要があります。多くの用途では12V、24Vまたは36Vの電圧を発生できるオフラインAC-DC電源を用いて電力を供給しているが、太陽光給電/電池パック、自動車、低圧交流などの広範な定圧電源を用いて、電力を供給する用途も非常に多いです。これらの広範な定電圧電源はより多くの設計上の課題をもたらし、入力電圧範囲と出力電圧範囲が重なる場合にはより多くのトポロジー選択が必要になります。

上記DC/DC電源変換トポロジのおかげで、正確な輝度制御、環境保護、効率的な方法で電源を変換することができるクールなLEDヘッドライトを搭載した自動車を運転することができます。

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