Un driver per LED

In questo articolo verrà esaminata la realizzazione driver per LED a corrente elevata step-down sincrono, da 60 V.

Il significato del concetto di “LED ad alta potenza” è in rapida evoluzione. Un LED da 350 mA, che fino a qualche anno fa poteva essere definito “ad alta potenza”, oggi non riuscirebbe a reggere il confronto con i LED da 20 A o i diodi laser da 40 A. I LED ad alta potenza vengono utilizzati nei proiettori DLP, nelle attrezzature chirurgiche, nelle luci di scena, nei sistemi di illuminazione per auto e in altre applicazioni che in passato usavano lampade ad alta intensità. Per garantire l’emissione luminosa richiesta da queste applicazioni, i LED ad alta potenza vengono spesso usati in serie, ma una configurazione di questo tipo ha bisogno di un driver adatto per LED ad alta tensione. La progettazione del driver si complica anche a causa delle applicazioni che richiedono una risposta rapida della corrente dei LED ai segnali di dimming PWM. L’LT3763 è un controller DC/DC step-down sincrono da 60 V, appositamente ideato per regolare con precisione la corrente dei LED fino a 20 A con un dimming PWM rapido. Questo controller ha una tensione più elevata del suo predecessore, l’LT3743, e può essere utilizzato in diverse altre applicazioni grazie ai suoi tre loop di regolazione supplementari: 1) un primo loop consente un funzionamento con tensione di uscita costante e può essere usato per garantire protezione in caso di LED aperto o l’interruzione della carica per il caricabatteria, 2) un secondo loop di regolazione può essere usato per impostare un limite per la corrente in ingresso, 3) un terzo loop di regolazione della tensione in ingresso può essere usato per l’MPPT (Maximum Peak Power Tracking) nelle applicazioni a energia solare.

LED DRIVER DA 10 A, DA 48 V IN INGRESSO A 35 V IN USCITA, OTTIMIZZATO PER GARANTIRE LA MASSIMA EFFICIENZA

Il progetto nella Figura 1 fornisce una potenza di uscita di 350 W per gestire fino a sette LED collegati in serie da una fonte di 48 V. Con una potenza così elevata, il problema principale è rappresentato dalla potenza dissipata, per questo il rendimento è un aspetto di fondamentale importanza.

Figura 1. Ingresso 48V e uscita 35V, 10A

Figura 1. Ingresso 48 V e uscita 35 V, 10 A

Ad ogni punto percentuale in più di rendimento corrisponde una riduzione della perdita di 3.5 W, un valore significativo se il bilancio della perdita di potenza totale è inferiore a 7 W. Questo circuito è ottimizzato per operare con un rendimento del 98.2% a pieno carico; nella Figura 2 arriva al 98% quando la corrente dei LED è maggiore di 3 A, con un picco del 98.2% con una corrente di ~6A. Con le alte tensioni le perdite di commutazione dei MOSFET e dell’induttore superano di gran lunga le perdite di conduzione. La frequenza di commutazione è impostata a 200 kHz per ridurre al minimo le perdite di commutazione, pur mantenendo la soluzione compatta. A pieno carico il fenomeno di "hot spot" di questo circuito si verifica sui MOSFET superiori, che regola un aumento di temperatura inferiore a 50°C, un intervallo molto comodo per i MOSFET.

Figura 2. Rendimento del circuito con ingresso da 48V e uscita a 35V

Figura 2. Rendimento del circuito con ingresso da 48 V e uscita a 35 V

LED DRIVER DA 10 A, DA 36 V IN INGRESSO A 20 V IN USCITA, CON IL DIMMING PWM PIÙ VELOCE

Il dimming PWM è il metodo standard usato per le applicazioni di illuminazione con potenza e prestazioni elevate. La rapida risposta della corrente dei LED al segnale PWM è importante nelle applicazioni che producono immagini (es. proiettori DLP). Nella Figura 3 l’LT3763 è usato in un’applicazione ottimizzata per il dimming PWM veloce. Per ottenere una risposta veloce della corrente dei LED al segnale PWM, l’LT3763 prevede molte funzioni innovative. Per una data tensione in ingresso, più l’induttanza è piccola, più velocemente aumenta la corrente dell’induttore, il che si traduce in una risposta della corrente più rapida. Questo circuito impiega pochi microsecondi per raggiungere la piena corrente LED da zero quando viene attivato il segnale di dimming PWM. Nella Figura 4 si vedono le prestazioni di un’applicazione con dimming PWM. Il rendimento è al 97% a pieno carico.

Figura 3. Ingresso 36V e uscita 20V, 10A

Figura 3. Ingresso 36 V e uscita 20 V, 10 A

Figura 4. Prestazioni dimming PWM del circuito della figura 3

Figura 4. Prestazioni dimming PWM del circuito della Figura 3

CARICABATTERIA A ENERGIA SOLARE

L’LT3763 può anche regolare la sua tensione in ingresso adeguando la sua corrente di uscita, funzione utile per le applicazioni che devono tenere sotto controllo la potenza in ingresso di picco, come i caricabatteria a energia solare. Ogni pannello solare ha un punto di massima potenza di uscita che dipende dall’illuminazione, dalla tensione e dalla corrente di uscita del pannello. In genere la potenza di picco si raggiunge mantenendo la tensione del pannello entro un range limitato, riducendo la corrente di uscita secondo le necessità, per evitare che la tensione del pannello superi tale range. Questa tecnica è definita MPPT (Maximum Power Point Tracking). Il loop di regolazione della tensione di ingresso dell’LT3763 mantiene la tensione del pannello al punto di massima potenza regolando la corrente di uscita. Grazie al funzionamento a corrente e tensione costanti (CCCV) e alla funzione C/10, questo dispositivo è la soluzione ideale per applicazioni con caricabatteria.

CONCLUSIONI

L’LT3763 è un LED driver step-down a corrente elevata, sincrono, da 60 V che può essere utilizzato per gestire i più recenti LED ad alta potenza, con dimming PWM veloce ove necessario. I suoi tre loop di regolazione della tensione e della corrente supplementare e diverse altre potenti funzionalità consentono di utilizzare l’LT3763 anche in applicazioni di altro tipo.

 

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