内部PWM調光およびスペクトラム拡散機能を持つ

内部 PWM 調光およびスペクトラム拡散機能を持つ
最大効率 98% の 60V 昇降圧 LED ドライバ – デザインノート548
Keith Szolusha
4 つのパワー・スイッチを持つ同期昇降圧コンバータ
は、昇圧と降圧の両方の DC/DC 変換を提供しなが
ら、非常に高い効率を実現します。2 つの異なるコ
ンバータ（降圧と昇圧）の機能を併せ持つことで、ソ
リューション・サイズとコストを節減できます。4 スイッ
チ・コンバータは、昇圧変換と降圧変換のいずれか
のみが必要な場合、効率を最大化するために 2 つの
スイッチだけで動作できる必要があります。しかし、
VIN と VOUT の値が近くなり、動作領域の移行がス
ムーズに行われるためには、4 スイッチ動作も使用で
きなければなりません。2 スイッチ昇圧、2 スイッチ
降圧、4 スイッチ動作の制御ループを組み合わせ、こ
れらの動作領域間をほぼ完璧なスムーズさで移行す
るためには、難しい課題があります。しかし、この次
世代昇降圧コンバータは、これらの課題をクリアする
だけでなく、さらに進化しています。
®
LT 8391 60V 4 スイッチ昇降圧 LEDドライバは、
最大 250W の高電力 LED を駆動し、
2 スイッチ昇圧、
4 スイッチ昇降圧、2 スイッチ降圧の動作領域間をス
ムーズに移行するよう設計されています。特許出願
中の 4 スイッチ昇降圧電流検出抵抗スキームは、1
本のセンス抵抗によって全動作領域をピーク電流モー
ド制御で動作可能にする、シンプルでありながら、巧
みなメソッドです。この新世代の昇降圧 LEDドライバ
では、スペクトラム拡散周波数変調機能と内部生成さ
れた PWM 調光機能が一緒に動作します。LT8391
は、スペクトラム拡張がオンの場合でも、内部 PWM
調光と外部 PWM 調光の両方によるちらつきのない
PWM 調光を備えています（もう 1 つの特許出願中
の技術）。
L、LT、LTC、LTM、Linear Technology および Linear のロゴは、
リニアテクノロジー社の登録商標です。その他すべての商標の所有権は、
それぞれの所有者に帰属します。
0.004Ω L1, 4.8µH
100
47µF
63V
M2
4.7µF
100V
×2
SW1 LSP
SW2
LSN
BST1
BST2
BG1
BG2
GND
TG2
VOUT
LT8391
TG1
VIN
1µF
499k
221k
L 1: WÜRTH 7443550480 4.8µH
M1: INFINEON BSC067N06LS3
M2: INFINEON BSC100N06LS3
M3,M4: INFINEON BSC093N04LS
M5: VISHAY Si7611DN
VREF
D1: NXP PMEG6010CEJ
4.7µF
VREF
PWM
CTRL2
SS
RT
AN5XX F01
SSFM SSFM ON
OFF
D1
RP
VC
0.1µF
1V TO 2V
INT PWM
OR
2k
4.7nF
100k
400kHz
RP
OFF
200k
200Hz
LED+
26V
2A
LED
図 1．25V 2A（50W）の LED ストリングを最大効率 98% で駆動する、
LT8391 4V～60V 4 スイッチ同期整流式昇降圧 LED ドライバ
03/16/548
2.5
90
2.0
ILED (A)
85
1.5
80
1.0
75
0/5
70
M5
EXT PWM
CTRL1
INTVCC
1M
34.8k
PWMTG
SYNC/SPRD
EXT
SYNC
0.1µF
ISN
200k
ANALOG DIM
10µF
50V
×2
M3
0.05Ω
INTVCC
100k
5.1Ω
ISP
FAULT
0.47µF
95
M4
FB
EN/UVLO
INTVCC
0.1µF
3.0
EFFICIENCY (%)
25V 2A LEDS
0
10
20
30
VIN (V)
40
50
60
ILED (A)
+
0.1µF
M1
EFFICIENCY (%)
VIN
4V TO 60V
0
AN5KS F02
図 2．(a) 図 1 の 50W LED
ドライバの効率は、ピークが
98%、標準の 9V～16V の自動
車入力範囲で 95%～97%
（b）LT8391 のピーク・インダク
タ電流制限は、低い入力電圧で
出力を小さくし、安定性を維持
98% 効率の昇降圧 LED ドライバ
図 1 の LT8391 の高電力昇降圧 LEDドライバは、幅
広い入力電圧範囲から、
25V/2A の LED を駆動します。
効率は、最高で 98% に達します。標準的な自動車バッ
テリの 9V～16V の範囲におけるコンバータの効率は
95%～97% に達します。1 つの高電力インダクタを利
用することで、50W の場合でも、温度はそれほど上昇
しません。入力電圧が 12V のとき、25℃より温度が高
くなるコンポーネントはありません。入力電圧が 6V の
とき、
標準の 4 層 PCB を用い、
ヒートシンクやエアフロー
なしで、最も高温のコンポーネントが 50℃未満です。
これにより、コンバータの出力電力を高める余地ができ、
数百ワットでの動作も可能になります。
LT8391 は、入力電流が非常に大きくなる、4V まで
の低い入力電圧で動作可能です。LT8391 は、大
きい入力電流を扱うよう設計されているだけでなく、
ピーク・スイッチ電流制限を使用して、入力電圧が低
い場合でも出力電力を下げて安定して動作できるよ
う設計されています。これにより、自動車のコールド
クランク電圧やその他の入力電圧降下時にも、コン
ポーネントのサイズを大きくしたりコストをかけたりす
ることなく、コンバータが動作可能です。
ます。PWM ピンにかかる 1V～2V の間の電圧によって、
PWM デューティ・サイクルが決定されます。内部調光の
デューティ・サイクルは、128 ステップの 1 つとして選択
され、内部ヒステリシスによってデューティ・サイクルのチャ
タリングが防止されます。内部生成された PWM 調光の
±1% 未満の精度は、あらゆる動作領域で変わりません。
スペクトラム拡散周波数変調（SSFM）による
EMI の低減
SSFM は、スイッチング・レギュレータの EMI を低減
します。スイッチング周波数には、AM 帯（530kHz
～1.8MHz）以外の周波数が選択される場合が多い
のですが、発生するスイッチングハーモニクスが AM
帯域内の厳しい車載 EMI 要件に違反することがあり
ます。SSFM を追加すると、AM 帯内およびその他
の帯域における EMI が大きく低減されます。
SSFM を有効化した場合、LT8391 の 50W LEDドライ
バの EMI は、AM 帯における CISPR25（クラス 5）のピー
クおよび平均 EMI 要件の両方を下回ります。CISPR25
の平均 EMI 制限値は、ピーク制限値よりも領域によっては
20dBµV 低くなることがあるため、スイッチング・デバイス
は合格が困難です。そのため、LT8391 の新しい SSFM
では、平均 EMI をピーク値よりも低く調整します。平均
EMI は 18dBµV 以上、
ピークEMI は約 5dBµV 下がります。
LT8391 は、ちらつきなしで 1000:1 PWM 調光
を実現します。ハイサイド PWM（TG）MOSFET 一部の LED コンバータでは、SSFM および PWM
PWM は、接地された LED ストリングを調光します。調光を一緒に動作させると、ちらつきが発生します。
これは、短絡時には、過電流切断として機能します。 SSFM（スイッチング周波数を変更するソース）が、EMI
内部生成された PWM 調光
を非拡散ピーク値より低い値に拡散するために、外界に
LT8391 は、標準的な外付けの PWM 調光と内部生成はノイズとして見えることがありますが、PWM 調光と一
された PWM 調光の両方を備えています。LT8391 独緒に動作させることで、ちらつきのない動作が可能です。
自の内部 PWM 調光により、128:1 もの正確な PWM リニアテクノロジーの特許出願中の PWM 調光および
輝度制御を、クロッキング・デバイスやマイクロコントロー SSFM 動作は、調光比が高い場合でも、両方の機能を
ラなどのコンポーネントなしで行えるようになります。デ同時に、ちらつきなしで実行します。外部 PWM による
128:1 の内部生成の PWMでは、
バイスの内部生成された PWM 周波数（200Hz など）は、 1000:1 PWM 調光と、
RP ピンに接続された 1 本のシンプルな抵抗で設定され SSFM はちらつきのない LED 電流で動作します。
60
(LW)
(AM,MW)
50
(CB)
40
30
20
10
0
–10
100kHz
70
CISPR25 CLASS 5
(SW)
SSFM OFF
SSFM ON
1MHz
FREQUENCY
10MHz 30MHz
AVERAGE CONDUCTED EMI (dBµV)
PEAK CONDUCTED EMI (dBµV)
70
60
CISPR25 CLASS 5
(LW)
50
24VIN 25VLED 2A 1000:1 120Hz PWM DIMMING
5µs/DIV
(AM,MW)
(SW)
40
(CB)
30
IL1
20
1A/DIV
10
0
–10
100kHz
AN5KS F03a
ILED 1A/DIV
SSFM OFF
SSFM ON
1MHz
FREQUENCY
INFINITE PERSIST = ON
10MHz 30MHz
AN5KS F03b
図 3．LT8391 のピークおよび平均 EMI を CISPR25 クラス 5 制限値
未満に低減する SSFM ( 平均 EMI はピーク EMI よりも大きく下がる )
データシートのダウンロード
SSFM = 0N
FLICKER-FREE
AN5KS F04
図 4．PWM と SSFM の同時
動作によるちらつきのない調光を
示す Infinite Persist スコープ
のキャプチャ
www.linear-tech.co.jp/LT8391
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