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[参考译文] LM3409:哪种分流调光电路最适合高对比度?

Guru**** 2336920 points
Other Parts Discussed in Thread: LM3409, TPS92515
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/598699/lm3409-which-shunt-dimming-circuit-is-best-for-high-contrast

器件型号:LM3409
主题中讨论的其他器件:TPS92515

我一直在研究使用四个 LM3409作为 LedEngin LZP RGBW LED 的 LED 驱动器。

我关心的一件事是高对比度、理想情况下的目标是以足够快的速度打开和关闭 LED、这样我就可以压缩每种颜色的16位分辨率、同时保持足够高的 PWM 频率、使其不可见。 通常、我使用定制的线性驱动器来实现这一点、但我对用于高速调光的分流 FET 设计感兴趣。

为了使设计在某些数字上接地、我计划使用具有3.3V 栅极电压的 FDMD82100L DIMEFET、该电压由 Tensy 3.2直接提供。 我计划使用最小脉冲尺寸为27ns 的550Hz 外部 PWM、以 Tensy 3.2控制器芯片的优化 PWM 输出速度获得16位分辨率。 我将在软件中对 PWM 信号进行反相。

每个通道的 LED 电流为700mA、计算出的关断电流为5.36k、电感器为18uH、Vin 为30V、而3.3V Vgs 时的 RDS (on)约为23m Ω。 COFF 为480pF。

设计注意事项:

我首先介绍了数据表设计、该设计在 COFF 至 Vdd 之间添加了一个电阻器 Roff2、以保持足够的电流流入 COFF、从而使系统保持(因此我收集)处于最低水平。 我计算了该电阻器的1.25Mohm。 假设二极管从所有源进入 COFF 处的求和结。

这似乎与评估板数据表中的 R11匹配、但 R11是空载的、评估板数据表中没有提及它、除此之外、我不确定是否存在误解。 R11也连接到 Vin 而不是 Vdd。

问题:来自评估板数据表的 R11是否与数据表中的 Roff2相同? 它应该连接到 Vdd 还是 Vin? 或者、只要我使用 Roff1*V/I_led * rds (on)进行相应的计算、它是否无关紧要? 还是出于某种原因而应将其空载?

在评估板数据表中、图4显示 EN 引脚应与 C9的 PWM 信号电压耦合、并与 R4连接到 Vdd。

我得到 R4是 EN 的上拉电阻、因此我将其读作仅在 PWM 脉冲关闭时相关、这将使其短暂关闭 EN。

问题:像这样将 PWM 信号耦合到 EN 引脚是否有用? 这有什么意义? 在我看来、如果它是一个短脉冲、那么它只会使 EN 显示外部 PWM 信号。 这难道不会打败 DIMEFET 的优势吗? 在使用 DIMEFET 时、EN 不应仅连接到3.3V 以使其始终处于激活状态?

然后、在评估板数据表中、如果您的 PWM 频率低于10kHz (我肯定是这样)、图5将根据需要进行解释。 这被描述为必要、因为否则 Coff 会下降到过低、因为 Vo 的电压下降到零并且电容器放电、因此当 dimFET 处于活动状态时、可通过 Roff2提供3.3V 电压、以防止关断时间过短。 我的计算结果是该电阻器应低于130欧姆。

问题:我是否正确计算了 Roff2 (评估板数据表、图5)? 考虑到 Roff2与 PWM 信号相连、Roff2的值与 PWM 电压无关似乎很奇怪。 计算这些值时、没有哪个电阻配对的二极管正向电压(Vo 的电压、PWM 驱动的电压和 Vdd/Vin 的电压)相关也是很奇怪的。

我想如果我能理解这三个问题、我可能可以解决其他问题。

您建议对此应用做些什么? 这是适合工作的芯片吗?

参考文献:

器件数据表- http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3409.pdf

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    很抱歉、评估板数据表的链接被截断或有其他内容。

    www.ti.com/.../snva390d.pdf

    此外、对于我的第二个问题、我在重新读取时注意到、由于 PWM 信号反相、因此关断分流 FET (LED on)应将 Coff 电压脉冲为低电平、而不是将分流馈电(LED off)脉冲为低电平。 我不是很了解 Coff、但这可能是我在进行分流调光时对 EN 耦合点感到困惑的一个线索。
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    您好 Brian、

    希望我可以轻松做到这一点:不要参考 EVM 进行分流 FET 调光。 人们对 EVM 和 EN 耦合以及其他一切并非真正必要的东西的理解并不是很清楚。 使用数据表进行计算和 ROFF2连接。 VIN (如果稳定)或外部 VDD 可使用、只需更改您提到的计算即可。 使用第二个关断电阻器的原因很简单、因为如果在分流 FET 导通时输出降至1.24V 以下(这几乎总是如此)、您需要提供充电路径、以便您不会达到可能对调光产生负面影响的最大关断时间。 您希望在分流 FET 导通和关断期间匹配电感器电流峰间纹波、以便在每个周期的每次转换中具有相同的电流电平。 您可以参阅 TPS92515数据表、因为它有更多有关这一点的信息、并且它们使用相同的控制电路、唯一的差异是略有不同的关断阈值。

    但愿这有所帮助。

    此致、

    克林特

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    非常感谢 Clint、这对我们非常有帮助。 TPS92515数据表对我来说更清楚、它是最新的芯片吗? 您认为 TPS92515可能更合适吗?

    我只以700mA 运行、我的主要目标是使其变得紧凑、因为我必须将其中的四个模块安装到一个非常小的控制板上。

    根据 TPS92515数据表提出的一些后续问题--

    在图27中、它们显示了使用不同方法时的调光线性度。 我想知道什么将分流 FET 版本的调光对比度限制在10000:1以上。 它受高频(即由 dimFET)还是较长的关断时间限制?

    在我问这个问题后的过渡阶段、我还意识到由于双 FET 不是独立的、我无法使用我计划使用的 dimFET、现在我正在查看具有更低 Ron、更快开关时间和更低栅极阈值电压的 BUK9K6R2-40E (assets.nexperia.com/.../BUK9K6R2-40E.pdf)。 从延迟时间的角度来看、我怀疑我的最小脉冲长度至少需要~100ns。 要实现16位调光、我是否应该将低分辨率 PWM 调光与电流调光结合起来? 这似乎不太可能是非常线性的、但在实践中这是否更有意义? 我宁愿坚持使用 PWM 调光、因此我也可以降低 PWM 频率、但如果对比度受到关断时间过长的限制、看起来不太可能工作。 如果我应该使用 iadj 来获得完整范围、我应该以不同的方式设计电路板、所以在这方面有一些建议会很好!

    关于 Roff2

    为了选择 Roff2、LM3409数据表中的公式显示我应该为 Roff2使用3.16Mohm 电阻器、因为我的 dimFET 导通电阻应该大约为0.008 Ω、Vdd 是3.3V、ILED 是700mA。

    对于 TPS92515版本的公式、根据 WebBench、我的电感器纹波电流为187mA、我的电感器为18uH、Ron 为0.008 Ω、我的 LED 电流为700mA、因此我得到的 t_off-shunt 为4.77微秒。 对于470pF 的 Coff 和3.3V VDD、这适用于 Roff2的28.1k Ω 电阻。

    我可以说、差异应该只是1V 与1.24V 的阈值。 但是、即使在 ln (1-(1/Vdd))中使用1.24代替1、也只能得到69.6k Ω 的 Roff2

    这些都是如此不同、恐怕我不确定要使用哪种器件。

    我附上了我当前设计的图片、以帮助澄清问题、也许您可以识别任何问题...

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    您好 Brian、

    TPS92515是一款较新的器件、集成后将成为较小的解决方案。 至于公式、我相信较新的数据表、我不确定较旧数据表的精度。 515还在网上提供了 Excel 计算器。 最后、您通常需要监测电感器电流并在工作台上稍微对 Roff2进行微调。

    如果您对515感兴趣、请查看以下参考设计链接、该链接提供了有关 PWM、分流 FET、模拟和 PWM/模拟组合调光的大量信息。 根据开关频率和输入/输出电压的不同、由于开关的最短导通时间、模拟调光会限制您的工作。 PWM 和分流 FET 调光通常受输出电流上升和下降时间的限制。

    此致、

    克林特

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    您好、Clint、

    我正在考虑使用较低的28个电压输出、而不是四个。

    您是否有任何建议、说明我如何以比实施28个完整的 LM3409布局更简单的方式实现这一点?

    是否有一个器件能够为具有少量器件的多个通道输出350mA 至1A 范围内的恒定电流、然后我可以使用分流 FET 来调光? 由于我不再需要对电流源进行调光、因此或许可以通过感应电阻器将选项扩展到多输出电压稳压器? 或者、您是否认为仅仅拥有多个驱动器是更好的选择?

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    您好 Brian、

    对于 任何多种输出类型的稳压器、每个 LED 的350mA 至1A 电流都是相当高的电流、通常最大电流为350mA 或更低。 很明显、LM3409的28个通道(如果您希望节省成本和空间、则可以使用 TPS92515)将非常有效、尤其是在需要单独控制每个 LED 的情况下。 但我不确定您对控制的确切要求。 如果您有多个 LED 始终处于相同的正向电流、则可以在 LM3409/TPS92515的输出端将其串联叠加、并在每个 LED 之间放置一个单独的分流 FET 以对其进行 PWM。 所需的实际情况取决于28项产出中的每一项都需要与其他产出有多大的独立性。

    此致、

    克林特

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    非常感谢 Clint、很公平。 我发现的最高多通道器件输出电流为150mA、但如果在350mA 时有一个、我肯定会使用它。

    我会为每个 LED 使用相同的正向电流、您的解决方案听起来非常适合将它们串联、并使用分流 FET 来短接链中的未激活 LED。 这非常聪明! 感谢您的想法、这是一个常见的解决方案吗?

    关于 Roff2计算、您是否同意、由于其目的是避免达到最大关断时间、因此它仅适用于所有 LED 已被分流的情况? 因此,我可以使用 TPS92515数据表中给出的公式,除了使用 n*Vshunt 来代替 Vshunt 以外,n 是串联分流 LED 的数量?

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    您好 Brian、

    是的、Roff2仅适用于所有分流器、这就是您计算它的方法。 实际上,如果 n*Vshunt 大于1.24V (例如>1.5V 以提供余量),则甚至不需要 Roff2。 但这取决于 FET 的 n 和 RDS (on)。 它是一种常见的解决方案、已用于各种应用。 由于 LM3409和 TPS92515响应时间短、因此是唯一能够实现该功能的器件。

    此致、

    克林特

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    你好,克林特!

    我有机会开始详细介绍一下、 我还在尝试寻找一种好方法来生成 PWM 控制信号、该信号具有足够高的输出电压、以控制分流链中最高的 MOSFET、并具有足够低的输出阻抗以快速驱动 MOSFET。

    我最初想使用您的一款具有许多灌电流输出和高达18V 的上拉电阻器的大型显示屏驱动器、 但在我看来、在这些电流下、这些电流可能会灌入、而在其中的电阻器中、MOSFET 上的栅极电荷最终会将开关速度限制为1us+、这只是由于将~10nC 放置到栅极上或将其移除所需的时间。

    但我的控制芯片没有足够的 PWM 输出来单独处理它。

    TI 是否提供了多输出驱动器芯片、让我生成支持双极操作的 PWM 信号? 我可以设想、只需使用线路驱动器将 PWM 输出电压提高到18V、但实际上在两个方向上生成低阻抗的 PWM 信号看起来很复杂。 即使我只是使用灌电流芯片来生成3.3V 逻辑信号、这种感觉在电流为10mA 时会太慢。

    Brian

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    您好 Brian、

    我不是一名有关如何控制如此多个串联 FET 的专家、我只是知道可以这样做。 但是、如果我正确计算以在550Hz 下驱动10nC FET、则每个 FET 平均值仅需5.5uA。

    您还可以尝试使用 NPN/PNP 图腾柱来增加驱动。 将栅极连接在一起、并将 NPN 置于高压状态、将 PNP 置于接地状态。 当您拉高时、NPN 打开、输出(两者之间)拉高、而当您拉低栅极时、PNP 打开并将输出拉低。 我希望这对您有所帮助。

    此致、

    克林特