Automotive Display LED-Backlight Driver Circuit ved hjælp af LP8864-Q1

Grundlæggende er det lavet til effektivt at drive lysdioderne i din bil.

Det har fået disse fire højpræcisionsstrøm synker, der gør noget, der kaldes faseforskydning. Det, der er pænt, er, at denne fase, der skifter automatisk, justeres baseret på hvor mange kanaler vi faktisk bruger. Så det er fleksibelt afhængigt af opsætningen.

Vi kan kontrollere LED -lysstyrken på en stor måde ved hjælp af I²C -interface eller PWM -input. Tænk på det som at have en dæmpere switch, men langt mere præcis.

Boost -controlleren har også denne adaptive ting, der foregår, hvor den styrer udgangsspændingen baseret på loftsrumspændingerne på LED -strømmen dræn.

Hvad dette gør er Super Smart: Det skærer ned på strømforbruget ved at finpusse boost -spændingen til at være lige nok til det, vi har brug for. Det handler om at være effektiv. Plus LP8864-Q1 har en vidtgående justerbar frekvens, som hjælper det med at undgå rod med AM-radiobåndet. Ingen ønsker statiske, når de lytter til melodier.

Og der er mere! LP8864-Q1 kan gøre hybrid PWM-dæmpning og analog strøm dæmpning. Dette er fantastisk, fordi det sænker EMI (elektromagnetisk interferens), får lysdioderne til at vare længere og gør hele det optiske system mere effektivt.

Funktionelt blokdiagram

Pinout detaljer

Tabel 4-1. HTTSOP -pin fungerer

Tabel 4-2. QFN -pin fungerer

Absolutte maksimale ratings

(Gyldigt over driftsfri lufttemperaturområdet, medmindre andet er angivet)

Bemærkninger:

1. Overskridelse af disse absolutte maksimale vurderinger kan resultere i permanent skade på enheden. Disse grænser angiver ikke det funktionelle driftsområde. At operere ud over de anbefalede betingelser kan reducere pålideligheden, påvirkningen af ​​ydelsen eller, forkorte levetiden.
2. Spændingsværdier måles i forhold til GND -stifterne.
3. Til anvendelser med dissipation med høj effekt og termisk resistens kan den omgivelsestemperatur kræve afskrækkelse. Den maksimale omgivelsestemperatur (T_A-max) påvirkes af forbindelsestemperaturgrænsen (T_J-max = 150 ° C), strømafledning (P), forbindelses-til-bord termisk modstand og temperaturgradient (ΔT_BA) mellem systempladen og den omgivende luft. Forholdet er:
   T_a-max = t_j-max-(θ_jb × p)-Δt_ba
4. Enheden inkluderer en intern termisk nedlukningsmekanisme for at forhindre overophedning. Nedlukning forekommer omtrent T_J = 165 ° C. og genoptager normal drift, hvornår T_J = 150 ° C. .

Anbefalede driftsbetingelser

(Gyldigt over driftsfri lufttemperaturområdet, medmindre andet er angivet)

Bemærkninger:

1. Alle spændingsværdier henvises til GND -stifterne.

Kredsløbsdiagram

Detaljeret beskrivelse

Okay, så LP8864-Q1 er denne højeffektive LED-driver, der er perfekt til bilindustrien. Vi taler om ting som de smarte infotainment-skærme, instrumentklyngerne i din bil og endda heads-up-skærme (HUD'er) plus andre LED-baggrundsbelysningssystemer.

Grundlæggende hvis det lyser op i din bil, kan denne chip muligvis være bag den.

Nu kan du som standard kontrollere, hvor lyse LED'er bruger en PWM -input, som er temmelig standard. Men få dette, du kan også finjustere lysstyrken gennem I2C -interface, som giver dig lidt ekstra fleksibilitet.

For at indstille tingene har vi disse eksterne modstande, som du opretter forbindelse til specifikke stifter - BST_FSET, PWM_FSET og ISET. Disse modstande giver dig mulighed for at indstille nøgleparametre som Boost -frekvensen, LED PWM -frekvensen og hvor meget strøm går til disse LED -strenge.

Der er også denne int -pin, der er som en fejlreporter. Hvis noget går galt, vil det fortælle dig, og du kan rydde status enten gennem I2C -interface eller automatisk, når EN -pin'en går lavt.

Denne chip handler om den rene PWM -dæmpning og har seks LED -nuværende drivere, der hver skubber op til 200 mA. Men her er det, hvor det bliver alsidigt, du kan bande disse output sammen, hvis du har brug for at køre LED'er med højere strøm.

ISET-modstanden indstiller den maksimale LED-driverstrøm, og du kan finjustere den endnu mere ved hjælp af den I2C-kontrollerede LEDX_CURRENT [11: 0] Register.

PWM_FSET -modstanden er det, du bruger til at indstille LED -output -PWM -frekvensen, mens LED_SET -modstanden fortæller dig, hvor mange LED -strenge der er aktive. Afhængigt af hvordan du indstiller det, justerer enheden automatisk faseskiftet.

For eksempel, hvis du er i en fire-streng-tilstand, bliver hver output faseskiftet med 90 grader (360 °/4). Og glem ikke, nogen output, som du ikke bruger, skal bindes til GND, der deaktiverer dem og sørger for, at de ikke rod med den adaptive spændingskontrol eller forårsager advarsler med falske LED -fejl.

For at holde alt kørende effektivt, er der en modstandsdelere mellem VOUT og FB -pin, der sætter den maksimale boost -spænding.

Den kølige del er, at enheden konstant ser spændingen på de aktive LED -strenge og justerer boost -spændingen til det laveste niveau, den har brug for. Du kan indstille boost -skiftfrekvensen hvor som helst fra 100 kHz til 2,2 MHz ved hjælp af BST_FSET -modstanden.

Plus det har en soft-start-funktion til at holde det aktuelle træk fra din strømforsyning lav, når den starter. Og det kan endda håndtere et eksternt effektlinjefet for at stoppe batteriets lækage, når det er slukket, mens du også giver dig en vis isolering og fejlbeskyttelse.

LP8864-Q1 er en bemærkelsesværdig enhed, der leveres med mange fejldetekteringsfunktioner, når det kommer til at sikre systemets pålidelighed og beskyttelse. Lad os komme ind på detaljerne om, hvad der gør denne chauffør så robust!

Omfattende fejldetekteringsfunktioner:

Påvisning af åbne eller kortsluttede LED -strenge: Denne funktion er afgørende, fordi den identificerer eventuelle fejl i LED -strenge, der forhindrer overdreven opvarmning, der kan forekomme, hvis der er en åben eller kortslutning. Dette betyder, at vi kan holde vores systemer sikre mod potentielle skader på grund af defekte LED'er.

Påvisning af lysdioder kortsluttet til jorden: LP8864-Q1-skærmene til situationer, hvor lysdioder utilsigtet kort til jorden, hvilket er et andet lag af sikkerhed, vi kan stole på.

Overvågning af eksterne modstandsværdier: Det holder øje med de eksterne modstande, der er forbundet til forskellige stifter som ISET, BST_FSET, PWM_FSET, LED_SET og MODE. Hvis nogen modstand går uden for rækkevidde, får vi besked, der giver os mulighed for at tage korrigerende handlinger, før problemer eskalerer.

Boost Circuit Protection: Denne funktion beskytter mod overstrøm og overspændingsbetingelser i Boost -konverteren, der sikrer, at vores kredsløb fungerer inden for sikre grænser.

Underspændingsbeskyttelse for enheden (VDD UVLO): LP8864-Q1 overvåger kontinuerligt spændingen ved VDD-stiften. Hvis det registrerer lavspændingsbetingelser, kan vi forhindre funktionsfejl, før den endda starter.

Overspændingsbeskyttelse for VIN -input (VIN OVP): Det fornemmer overdreven spænding ved vSense_p -pin, som hjælper med at beskytte vores enhed mod potentiel skade på grund af højspændingsspidser.

Underspændingsbeskyttelse for VIN -input (VIN UVLO): I lighed med dets VDD -modstykke registrerer denne funktion lavspændingsbetingelser via UVLO -stiften, hvilket tilføjer et ekstra lag af sikkerhed for vores indgangseffekt.

Overstrømsbeskyttelse for VIN -input (VIN OCP): Ved at overvåge spændingsforskellen mellem vSense_p og VSense_N -stifterne hjælper det os med at detektere overdreven strømtrækning, som er afgørende for at opretholde operationel integritet.

Hovedfunktioner

Kontrolgrænseflade:

EN (Aktivér input): Tænk på dette som ON/OFF-kontakten til LP8864-Q1. Når spændingen ved EN -stiften går over et bestemt punkt (Venih), driver enheden op. Når det falder under et andet punkt (venil), lukker det ned. Når det er tændt, begynder alle de interne ting at fungere.

PWM (pulsbreddemodulering): Dette er standard måde, vi kontrollerer lysstyrken på LED -strømmen. Grundlæggende justerer det driftscyklussen for at dæmpe eller lysere lysdioderne.

Int (afbrydelse): Dette er som en fejlalarm. Det er en åben dræning, der fortæller os, når noget går galt.

SDA og SCL (I2C -interface): Dette er data- og urlinjerne for I2C -interface. Vi bruger disse til at kontrollere lysstyrken i de aktuelle dræn og til at læse eventuelle fejlbetingelser for diagnostik.

BST_SYNC: Denne pin er til Boost Converter's switchfrekvens. Du kan fodre det med et eksternt ursignal for at kontrollere boost -urtilstand.

Enheden registrerer automatisk et eksternt ur ved opstart. Hvis der ikke er noget eksternt ur, bruger det sit eget interne ur.

Du kan også binde denne pin til VDD for at aktivere et boost -spredningsspektrumfunktion eller binde den til GND for at deaktivere den.

ISET PIN: Vi bruger dette til at indstille det maksimale strømniveau for hver LED -streng.

Funktionsindstilling:

BST_FSET PIN: Brug dette til at indstille boost -skiftfrekvensen ved at forbinde en modstand mellem denne pin og jord.

PWM_FSET PIN: Dette indstiller LED -output PWM -dæmpningsfrekvens ved hjælp af en modstand til jorden.

Mode Pin: Denne pin indstiller dæmpningstilstand ved hjælp af en ekstern modstand til jorden.

LED_SET PIN: Brug dette til at konfigurere LED -opsætningen med en modstand til jorden.

ISET -pin: Dette indstiller det maksimale LED -aktuelle niveau pr. Outx -pin.

Enhedsforsyning (VDD):

VDD-pin leverer strøm til alle de interne dele af LP8864-Q1. Du kan bruge enten en 5V eller 3,3V forsyning, typisk fra en lineær regulator eller en DC/DC -konverter, og sørge for, at den kan håndtere mindst 200 mA strøm.

Aktivér (da):

LP8864-Q1 aktiveres kun, når spændingen ved EN-stiften er over en bestemt tærskel (VENIH) og deaktiverer, når spændingen falder under en anden tærskel (venil).

Alle de analoge og digitale komponenter bliver aktive, når LP8864-Q1 er aktiveret via EN PIN. Hvis EN PIN ikke er aktiv, fungerer I2C -interface og fejldetektion ikke.

Ladningspumpe

Lad os nu kontrollere, hvordan vi kan styre opladningspumpesituationen i vores opsætning. Grundlæggende har vi fået en integreret reguleret opladningspumpe, der kan være et reelt aktiv til levering af portdrevet til det eksterne fede i Boost Controller. Her er scoop:

Så den seje ting er, at denne ladningspumpe kan aktiveres eller deaktiveres automatisk. Det finder ud af, om VDD og CPUMP -stiften er forbundet sammen. Hvis spændingen ved VDD er mindre end 4,5V, sparker ladepumpen ind for at generere en 5V -portspænding. Dette er, hvad vi har brug for for at drive den eksterne boost -skiftefet.

Hvis vi nu skal bruge ladepumpen, skal vi sprænge en 2,2 uF -kondensator mellem C1N og C1P -stifterne. Dette hjælper det med at gøre sin ting.

På flip side, hvis vi ikke har brug for ladningspumpen, så er der ingen bekymringer! Vi kan forlade C1N- og C1P -stifterne ikke tilsluttet. Husk bare at binde CPUMP -stifterne til VDD.

Uanset om vi bruger opladningspumpen eller ej, har vi brug for en 4,7 uF CPUMP -kondensator, der gemmer energi til portdriveren. Det er super vigtigt, at denne CPUMP -kondensator bruges i begge scenarier (ladningspumpe aktiveret eller deaktiveret), og vi vil placere den så tæt som menneskeligt muligt på CPUMP -stifterne.

Grundlæggende hvis ladningspumpen er aktiveret, har vi et par statusbits, der kan give os nogle nyttige oplysninger.

Først op har vi CPCAP_STATUS bit. Denne fyr fortæller os, om en fluekondensator blev opdaget. Det er som en lille bekræftelse, at alt er tilsluttet korrekt.

Dernæst er der cp_status bit. Denne viser os status for alle opladningspumpefejl. Hvis noget går galt med ladningspumpen, vil denne bit give os besked. Og det genererer også et int -signal, der er som en alarm om, at noget har brug for vores opmærksomhed.

Nu er her en praktisk funktion: Hvis vi ikke ønsker, at ladningspumpefejlen skal forårsage en afbrydelse på int-pin'en, kan vi bruge CP_INT_EN-biten for at forhindre den. Dette kan være nyttigt, hvis vi ønsker at håndtere fejlen på en anden måde, eller hvis vi ikke ønsker at blive afbrudt konstant af det.

Boost Converter Stage

Så dybest set taler vi om en boost-controller, der er som en step-up-enhed til spænding i kredsløb. Specifikt bruger LP8864-Q1 strømtilstandskontrol til at håndtere denne boost DC/DC-konvertering, hvilket er, hvordan vi får den rigtige spænding til LED'erne.

Boost-konceptet fungerer ved hjælp af en aktuel-mode-kontrolleret topologi, og det har denne cyklus-for-cyklusstrømsgrænse ting, der foregår. Det holder øje med strømmen ved hjælp af en sansemodstand, der er tilsluttet mellem ISNS og ISNSGND.

Hvis vi bruger en 20mΩ sansemodstand, ser vi på en 10A-cyklus-for-cyklusstrømgrænse. Afhængigt af hvad vi laver, kunne den sensemodstand være overalt fra 15mΩ til 50mΩ.

Vi kan også indstille den maksimale boost-spænding ved hjælp af en ekstern FB-PIN-modstandsdeler, der er forbundet mellem VOUT og FB.

Hos BST_FSET tillader en ekstern modstand, at boost -skiftfrekvensen justeres mellem 100 kHz og 2,2 MHz, som angivet i følgende tabel. En nøjagtig modstand på 1% er påkrævet for at garantere korrekt funktion.

Øg cyklus-for-cyklusstrømgrænsen

Spændingen, der findes mellem ISN'er og ISNSGND, spiller en afgørende rolle her, fordi den bruges til både den aktuelle sensing af Boost DC/DC-controller og indstillingerne for cyklus-for-cyklusstrømgrænsen.

Nu, når vi rammer denne cyklus-for-cyklusstrømgrænse, begrænser controlleren straks den switching MOSFET. Derefter i den næste skiftecyklus vil det tænde den igen. Denne mekanisme fungerer som en almindelig beskyttelse for alle relaterede DC/DC -komponenter såsom induktor, Schottky -diode og skift af MOSFET, hvilket sikrer, at strømmen ikke går ud over deres maksimale grænser.

Og denne cyklus-for-cyklusstrømgrænse vil ikke give anledning til nogen fejl i enheden.

hvor, visns = 200mv

Controller Min On/Off Varighed

Tabellen nedenfor viser den kortest mulige på/off -tid for enhedens boost DC/DC -controller. Systemlayout skal være særlig opmærksom på minimumstiden. De stigende og faldende tider for SW -knudepunktet antages at være større end minimums -fri periode for at forhindre, at MOSFET ikke slukkes af controlleren.

Boost adaptiv spændingskontrol

Boost adaptiv spændingskontrol med LP8864-Q1 Boost DC/DC-konverteren er ansvarlig for at generere anodespændingen for vores LED'er. Når alt kører problemfrit, justeres boost -udgangsspændingen sig automatisk i henhold til LED -aktuelle Sink Heartroom -spændinger. Denne nyttige funktion er kendt som adaptiv boost -kontrol.

For at indstille antallet af LED -output, vi vil bruge, bruger vi simpelthen LED_SET -pin. Kun de aktive LED -udgange overvåges for at styre denne adaptive boost -spænding. Hvis der er nogen LED -strenge, der støder på åbne eller korte fejl, er de straks udelukket fra den adaptive spændingskontrolsløjfe, der sikrer, at vi opretholder optimal ydelse.

Kontrolsløjfen holder øje med LED -driverstiftspændingen, og hvis en af ​​LED -udgange dyppes under vheadroom -tærsklen, hæver den boost -spændingen. Omvendt, hvis nogen af ​​disse output når vheadroom -tærsklen, sænkes boost -spændingen i overensstemmelse hermed. For en visuel repræsentation af, hvordan denne automatiske skalering fungerer baseret på outx-polet spænding, vheadroom og vheadroom_hys, kan vi henvise til figur nedenfor.

Den resistive divider sammensat af R1 og R2 spiller en afgørende rolle ved at definere både minimum og maksimale niveauer for adaptiv boost -spænding. Interessant nok fungerer feedbackkredsløbet konsekvent i både boost- og sepic -topologier. Når vi vælger vores maksimale boost -spænding, er det vigtigt at basere denne beslutning på den maksimale LED -strengspændingsspecifikation; Vi har brug for mindst 1V højere end dette maksimum for at sikre, at vores nuværende vask fungerer korrekt.

Før vi aktiverer LED -driverne, indleder vi en opstartfase, hvor boostet når sit oprindelige niveau - tilnærmende ved 88% af intervallet mellem minimum og maksimale boost -spændinger. Når vores LED -driverkanaler er i gang, fortsætter øget udgangsspænding fortsat med at justere automatisk baseret på outx -pin -spændinger.

Derudover er FB-pin-modstandsdeleren med til at skalere ikke kun Boost Overs overspændingsbeskyttelse (OVP) og overstrømsbeskyttelsesniveauer, men administrerer også kortslutningsniveauer i applikationer som HUDS.

FB Divider, der anvender to-resistorteknikken

Boost-udgangsspændingen og jorden er forbundet via et to-resistor-divider-kredsløb i en standard FB-PIN-konfiguration.

Ligningen nedenfor kan bruges til at beregne den højeste boost -spænding. Når hele LED -strenge forbliver frakoblet, eller når de udfører åben strengdetektion, kan den maksimale boost -spænding opnås.

Vboost_max = isel_max × r1 + ((r1 / r2) + 1) × vref

hvor

• Vref = 1,21V
• ISEL_MAX = 38,7μA
• R1 / R2 Normal anbefalet rækkevidde er 7 ~ 15

Den minimale LED -strengspænding skal være større end den minimale boost -spænding. Denne ligning bruges til at bestemme minimum boost -spænding:

VBOOST_MIN = ((R1 / R2) + 1) × VREF

hvor

• Vref = 1,21V

Boost -controlleren stopper med at skifte boost FET og indstiller BSTOVPL_STATUS BIT, når Boost OVP_LOW -niveauet opnås. I hele denne tilstand forbliver LED -driverne operationelle, og når boost -udgangsniveauet falder, skifter boostet tilbage til sin almindelige tilstand. Den nuværende boost -spænding forårsager et dynamisk skift i Boost OVP -lavspændingsgrænsen. Ligning nedenfor kan bruges til beregning af den:

VBOOST_OVPL = VBOOST + ((R1 / R2) + 1) × (VFB_OVPL - VREF)

hvor

• Vfb_ovpl = 1.423v
• Vref = 1,21V

Boost -controlleren skifter til fejlgenvindingstilstand og indstiller BSTOVPH_STATUS BIT, når Boost OVP_High -niveau er opnået. Følgende ligning bruges til at bestemme Boost OVP-højspændingsgrænsen, som ligeledes varierer dynamisk med den aktuelle boost-spænding: