LED-Treiber: flexibel und störungsarm

LED-Treiber mit „on-board“ 2A/40V-Schaltern für Kfz-Beleuchtungen

01.03.17 | Autor / Redakteur: Keith Szolusha / EP Online

Design Note 557
Design Note 557 (Bild: Linear Technology)

Kleine Lösungsabmessungen, ein hoher Wirkungsgrad und geringe Störaussendungen sind gesuchte Merkmale von LED-Treibern insbesondere für Automotive-Anwendungen. Der LT3922 von Linear Technology ist als Buck-, Boost- oder Boost-Buck-Wandler konfigurierbar und wird somit vielfältigsten Einsatzbedingungen gerecht.

Das Anwendungsgebiet von LEDs umfasst mittlerweile alle denkbaren Einsatzbereiche von allgemeinen Beleuchtungen über den Automobilsektor, Industrie- und Prüfausrüstungen und Anzeigetafeln bis hin zu Sicherheitsinstrumenten. Dementsprechend haben auch die an LED-Treiber gestellten Anforderungen zugenommen. Neueste LED-Lösungen verlangen nach Treibern, die kompakt, effizient und störungsarm sind und dabei große Dimmungsverhältnisse und fortschrittliche Fehlerschutz-Features bieten. Der LT3922 erfüllt all diese Anforderungen.

Der synchrone LED-Treiber LT3922 mit integrierten 2A/40V-Schaltern ist als Boost-, Buck- oder Boost-Buck-LED-Treiber konfigurierbar und passt zusammen mit seinen hocheffizienten integrierten Schaltern in ein 4 x 5 mm großes QFN-Gehäuse. In den Baustein sind die fortschrittlichsten Schalt-Technologien von Linear Technology integriert. Hohe Schaltleistung ist auf wenig Platz konzentriert, und gleichzeitig wird die Flankensteilheit kontrolliert, um unerwünschte Störaussendungen einzudämmen.

Der LT3922 zeichnet sich durch kontrollierte Anstiegsgeschwindigkeiten ohne Überschwinger aus und trifft so den optimalen Mittelweg zwischen hohem Wirkungsgrad und geringem Störungsaufkommen. Im Interesse kleiner Lösungsabmessungen werden Schaltfrequenzen bis zu 2,5 MHz unterstützt.

Der winzige LED-Treiber LT3922 überzeugt durch sein geringes EMI-Aufkommen, seinen hohen Wirkungsgrad und seine Fehlerschutz-Features, die für den Einsatz im Automotive-Bereich benötigt werden. Er kommt mit den für Automotive-Anwendungen typischen Spannungsspitzen bis 36 V ebenso zurecht wie mit den bei Kaltstarts auftretenden Spannungseinbrüchen auf 3 V.

Die Silent Switcher-Architektur, die Spread-Spectrum-Frequenzmodulation (SSFM) und die kontrollierte Flankensteilheit machen den LT3922 zum idealen Baustein zum Ansteuern von LEDs mit minimalen Störungen. Die flexible Topologie des LT3922 eignet sich für Tagfahrlicht-Leuchten, Signalleuchten, Rückleuchten und Frontscheinwerfer-Segmente, aber auch für Armaturentafeln und Head-up-Displays mit großen Dimmungsverhältnissen. Die eingebauten Fehlerschutz-Funktionen verringern den Aufwand an zusätzlichen Bauteilen für den Schutz vor Kurzschlüssen und Stromkreisunterbrechungen in den LEDs.

Eingebaute Features ergeben niedriges EMI-Niveau

Der LT3922 enthält eine Vielzahl von Features, mit denen er problemlos ein niedriges EMI-Niveau erreichen kann. Als erstes ist hier die patentierte Silent Switcher-Architektur von Linear Technology anzuführen. Diese basiert darauf, die Größe der unter Strom schaltenden Schleifen zu minimieren, die Steilheit der Schaltflanken zu kontrollieren und keine Überschwinger auftreten zu lassen.

Die Anschlussbelegung erlaubt ferner die Platzierung kleiner Hochfrequenz-Kondensatoren ganz in der Nähe der beiden VOUT-Pins, um die Größe der unter Strom geschalteten Stromschleifen und damit das EMI-Aufkommen zu verringern. Die Kontrolle der Flankensteilheit durch das IC eliminiert die hochfrequenten Schwingungen, zu denen es bei Wandlern ohne dieses Feature üblicherweise kommt. Ohne Abstriche an der Leistung oder am Wirkungsgrad wird hierdurch eine Reduzierung der Hochfrequenz-Störungen erreicht.

Die SSFM-Funktion des LT3922 lässt die per Widerstand festgelegte Schaltfrequenz zwischen 100 % und 125 % ihres nominellen Werts pendeln. Hierdurch verringern sich die maximalen und durchschnittlichen Störaussendungen des Wandlers bei hohen ebenso wie bei niedrigen Frequenzen.

Boost-, Buck- oder Boost-Buck-Konfiguration

LEDs sind Lichtquellen, die mit einem geregelten Strom angesteuert werden. Deshalb können LED+ und/oder LED- an massefremde Potenziale angeschlossen werden, und als LED-Treiber kommen Auf-Abwärtswandler (Boost-Buck) und Abwärtswandler (Buck) in Frage. Der high-seitige PWMTG-Treiber und die Low-EMI-Schalter lassen sich als Boost-, Buck- oder Boost-Buck-LED-Treiber konfigurieren, ohne dass dafür eines der wünschenswerten Features des IC (geringes EMI-Aufkommen, SSFM und eingebaute PWM-Dimmung) aufgegeben werden müsste.

Als Boost-Wandler konfiguriert, kann der LT3922 LEDs mit bis zu 34 V versorgen. Für Automotive-Anwendungen lässt er sich er als 400-kHz-Wandler (für maximalen Wirkungsgrad) oder als 2-MHz-Wandler (für minimale Abmessungen) mit einem PWM-Dimmungsbereich bis zu 5.000:1 konfigurieren.

Die in Bild 3 gezeigte Boost-Buck-Konfiguration des LT3922 unterstützt einen Eingangsspannungs-Bereich, der sich bis über und unter die LED-Stringspannung erstrecken kann. Die patentierte Low-EMI-Topologie besteht aus einem eingangsseitigen Aufwärtswandler mit geringer Welligkeit und einem ausgangsseitigen Abwärtswandler mit ebenfalls geringer Welligkeit. Aus einer zwischen 4 V und 18 V liegenden Eingangsspannung lässt sich eine LED-Stringspannung von 3 V bis 16 V erzeugen.

Fazit

Der LED-Treiber LT3922 wird den vielfältigen Anforderungen an LED-Treiber für Automotive- und Industrie-Anwendungen gerecht.

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