Circuito de controlador LED de pantalla automotriz con LP8864-Q1

Básicamente está hecho para alimentar eficientemente los LED en su automóvil.

Tiene estos cuatro sumideros de corriente de alta precisión que hacen algo llamado cambio de fase. Lo bueno es que este cambio de fase se ajusta automáticamente en función de cuántos canales estamos usando realmente. Por lo tanto, es flexible dependiendo de la configuración.

Podemos controlar el brillo del LED en gran medida usando la interfaz I²C o la entrada PWM. Piense en ello como tener un interruptor de atenuación pero mucho más preciso.

El controlador Boost también tiene esta cosa adaptativa en el que controla el voltaje de salida en función de los voltajes del salón de la cabeza de los sumideros de corriente LED.

Lo que esto hace es súper inteligente: reduce el consumo de energía ajustando el voltaje de impulso para que sea suficiente para lo que necesitamos. Se trata de ser eficiente. Además, el LP8864-Q1 tiene una frecuencia ajustable de gran alcance que lo ayuda a evitar meterse con la banda de radio AM. Nadie quiere estática cuando escuchan canciones.

¡Y hay más! El LP8864-Q1 puede hacer atenuación PWM híbrida y atenuación de corriente analógica. Esto es excelente porque reduce el EMI (interferencia electromagnética), hace que los LED duren más y hace que todo el sistema óptico sea más eficiente.

Diagrama de bloque funcional

Detalles de pinout

Tabla 4-1. Funciones de pin httsop

Tabla 4-2. Funciones de PIN QFN

Calificaciones máximas absolutas

(Válido sobre el rango de temperatura del aire libre operativo a menos que se especifique lo contrario)

Notas:

1. Exceder estas calificaciones máximas absolutas puede dar lugar a daños permanentes en el dispositivo. Estos límites no indican el rango operativo funcional. Operar más allá de las condiciones recomendadas puede reducir la confiabilidad, el rendimiento del impacto o acortar la vida útil.
2. Los valores de voltaje se miden en relación con los pines GND.
3. Para aplicaciones con alta disipación de potencia y resistencia térmica, la temperatura ambiente puede requerir la reducción. La temperatura ambiente máxima (T_A-MAX) está influenciada por el límite de temperatura de la unión (T_J-Max = 150 ° C), la disipación de potencia (P), la resistencia térmica de unión a borda y el gradiente de temperatura (ΔT_BA) entre el tablero del sistema y el aire circundante. La relación es:
   T_a-max = t_j-max-(θ_jb × p)-ΔT_BA
4. El dispositivo incluye un mecanismo interno de apagado térmico, para evitar el sobrecalentamiento. El cierre ocurre aproximadamente T_j = 165 ° C , y reanuda el funcionamiento normal, cuando T_J = 150 ° C .

Condiciones de operación recomendadas

(Válido sobre el rango de temperatura del aire libre operativo a menos que se especifique lo contrario)

Notas:

1. Todos los valores de voltaje se hacen referencia a los pines GND.

Diagrama de circuito

Descripción detallada

Bien, entonces el LP8864-Q1 es este controlador LED de alta eficiencia que es perfecto para las cosas automotrices. Estamos hablando de cosas como esas elegantes pantallas de información y entretenimiento, los grupos de instrumentos en su automóvil e incluso pantallas de aviso (HUD), además de otros sistemas de retroiluminación LED.

Básicamente, si está iluminando algo en su automóvil, este chip podría estar detrás de él.

Ahora, de forma predeterminada, puede controlar cuán brillantes están los LED utilizando una entrada PWM que es bastante estándar. Pero obtenga esto, también puede ajustar el brillo a través de la interfaz I2C, lo que le brinda cierta flexibilidad adicional.

Para configurar las cosas, tenemos estas resistencias externas que se conecta a pines específicos: BST_FSET, PWM_FSET e ISET. Estas resistencias le permiten establecer parámetros clave como la frecuencia de impulso, la frecuencia PWM LED y cuánta corriente va a esas cadenas LED.

También hay este pin int que es como un reportero de falla. Si algo sale mal, le hará saber y puede borrar el estado a través de la interfaz I2C o automáticamente cuando el pin EN se baja.

Este chip se trata de esa atenuación PWM pura y tiene seis conductores actuales LED, cada uno de los cuales superan hasta 200 mA. Pero aquí es donde se vuelve versátil, puede juntar esas salidas si necesita conducir LED de mayor corriente.

La resistencia ISET establece la corriente del controlador LED máxima y puede ajustarla aún más utilizando el registro LEDX_Current [11: 0] controlado por I2C.

La resistencia PWM_FSET es lo que usa para establecer la frecuencia PWM de salida LED, mientras que la resistencia LED_SET le indica cuántas cadenas LED están activas. Dependiendo de cómo lo configure, el dispositivo ajusta automáticamente el cambio de fase.

Por ejemplo, si se encuentra en un modo de cuatro cuerdas, cada salida se desplaza de fase por 90 grados (360 °/4). Y no olvide que cualquier resultado que no esté utilizando debe estar vinculado a GND, lo que los deshabilita y se asegura de que no se metan con el control de voltaje adaptativo o causen alertas falsas de falla LED.

Para mantener todo funcionando de manera eficiente, hay un divisor de resistencia entre Vout y el pasador FB que establece el voltaje máximo de impulso.

La parte fría es que el dispositivo observa constantemente los voltajes de las cadenas LED activas y ajusta el voltaje de impulso al nivel más bajo que necesita. Puede establecer la frecuencia de conmutación de refuerzo en cualquier lugar de 100kHz a 2.2MHz usando la resistencia BST_FSET.

Además, tiene una característica de arranque suave para mantener el sorteo actual de su fuente de alimentación baja cuando se inicia. E incluso puede manejar un FET de línea de alimentación externo para detener la fuga de la batería cuando está apagado, al mismo tiempo que le da un poco de aislamiento y protección de fallas.

El LP8864-Q1 es un dispositivo notable que viene cargado con muchas capacidades de detección de fallas cuando se trata de garantizar la confiabilidad y protección del sistema. ¡Entremos en los detalles de lo que hace que este conductor sea tan robusto!

Características completas de detección de fallas:

Detección de cuerdas LED abiertas o cortas: Esta característica es crucial, ya que identifica cualquier fallas en las cadenas LED que evitan el calentamiento excesivo que podría ocurrir si hay un circuito abierto o corto. Esto significa que podemos mantener nuestros sistemas a salvo de daños potenciales debido a LED defectuosos.

Detección de LED en el suelo: Los monitores LP8864-Q1 para situaciones donde los LED pueden inadvertidamente cortos a tierra, que es otra capa de seguridad en la que podemos confiar.

Monitoreo de valores de resistencia externa: Mantiene un ojo en las resistencias externas conectadas a varios pines como ISET, BST_FSET, PWM_FSET, LED_SET y MODO. Si alguna resistencia sale de alcance, se nos notificará que nos permiten tomar medidas correctivas antes de que se intensifiquen los problemas.

Protección del circuito de refuerzo: Esta característica salvaguardia contra las condiciones de sobrecorriente y sobrevoltaje en el convertidor de impulso, lo que garantiza que nuestros circuitos funcionen dentro de los límites seguros.

Protección de subcontensión para el dispositivo (VDD UVLO): El LP8864-Q1 monitorea continuamente el voltaje en el pin VDD. Si detecta condiciones de bajo voltaje, podemos evitar el mal funcionamiento antes de que comience.

Protección de sobretensión para la entrada VIN (VIN OVP): Siente un voltaje excesivo en el pin VSense_P, lo que ayuda a proteger nuestro dispositivo del daño potencial debido a los altos picos de voltaje.

Protección de subtensión para la entrada de VIN (VIN UVLO): Similar a su contraparte VDD, esta característica detecta condiciones de bajo voltaje a través del pasador UVLO, agregando una capa adicional de seguridad para nuestra potencia de entrada.

Protección contra sobrecorriente para la entrada VIN (VIN OCP): Al monitorear la diferencia de voltaje entre los pines Vsense_P y VSense_N, nos ayuda a detectar un sorteo de corriente excesiva, lo cual es crucial para mantener la integridad operativa.

Características principales

Interfaz de control:

EN (habilitar entrada): piense en esto como el interruptor de encendido/apagado para el LP8864-Q1. Cuando el voltaje en el pasador EN va por encima de cierto punto (Venih), el dispositivo se enciende. Cuando cae por debajo de otro punto (Venil), se apaga. Cuando está encendido, todas las cosas internas comienzan a funcionar.

PWM (modulación de ancho de pulso): esta es la forma predeterminada de controlar el brillo de los sumideros de corriente LED. Básicamente, ajusta el ciclo de trabajo para atenuar o alegrar los LED.

Int (interrupción): Esto es como una alarma de falla. Es una salida de drenaje abierto que nos dice cuándo algo sale mal.

SDA y SCL (interfaz I2C): estos son los datos y las líneas de reloj para la interfaz I2C. Los usamos para controlar el brillo de los sumideros actuales y leer cualquier condición de falla para el diagnóstico.

BST_SYNC: Este pin es para la frecuencia de conmutación del convertidor BOOST. Puede alimentarlo con una señal de reloj externa para controlar el modo de reloj de refuerzo.

El dispositivo detecta automáticamente un reloj externo al inicio. Si no hay reloj externo, entonces usa su propio reloj interno.

También puede atar este pin a VDD para habilitar una función de espectro de propagación de refuerzo o atarlo a GND para deshabilitarlo.

PIN ISET: Usamos esto para establecer el nivel de corriente máximo para cada cadena LED.

Configuración de la función:

Pin BST_FSET: use esto para establecer la frecuencia de conmutación de refuerzo conectando una resistencia entre este pin y tierra.

PIN PWM_FSET: esto establece la frecuencia de atenuación PWM de salida LED usando una resistencia a la tierra.

Pin de modo: este pin establece el modo de atenuación utilizando una resistencia externa a la tierra.

Pin de LED_Set: use esto para configurar la configuración LED con una resistencia a la tierra.

Pin ISET: esto establece el nivel de corriente LED máximo por pin outx.

Suministro de dispositivos (VDD):

El pin VDD suministra energía a todas las partes internas del LP8864-Q1. Puede usar un suministro de 5V o 3.3V, típicamente de un regulador lineal o un convertidor DC/CC, asegurándose de que pueda manejar al menos 200 mA de corriente.

Enable (EN):

El LP8864-Q1 solo se activa cuando el voltaje en el pasador EN está por encima de un cierto umbral (VENI) y se desactiva cuando el voltaje cae por debajo de otro umbral (Venil).

Todos los componentes analógicos y digitales se activa una vez que el LP8864-Q1 está habilitado a través del pin EN. Si el pin EN no está activo, la interfaz I2C y la detección de fallas no funcionarán.

Bomba de carga

Ahora revisemos cómo podemos administrar la situación de la bomba de carga en nuestra configuración. Básicamente, tenemos una bomba de carga regulada integrada que puede ser un activo real para suministrar la unidad de compuerta para el FET externo del controlador de refuerzo. Aquí está la primicia:

Entonces, lo bueno es que esta bomba de carga se puede habilitar o deshabilitar automáticamente. Descubre si VDD y el pasador CPUMP están conectados juntos. Si el voltaje en VDD es inferior a 4.5V, la bomba de carga se activa para generar un voltaje de puerta de 5 V. Esto es lo que necesitamos para impulsar ese FET de conmutación de impulso externo.

Ahora, si vamos a usar la bomba de carga, necesitaremos hacer un condensador de 2.2 µF entre los pines C1N y C1P. Esto ayuda a hacer lo suyo.

Por otro lado, si no necesitamos la bomba de carga, ¡no se preocupe! Podemos dejar los pines C1N y C1p no conectados. Solo recuerda atar los pasadores de cpump a VDD.

Independientemente de si estamos utilizando la bomba de carga o no, necesitamos un condensador CPUMP de 4.7 µF que almacene energía para el controlador de la puerta. Es súper importante que este condensador de CPUMP se use en ambos escenarios (bomba de carga habilitada o deshabilitada) y queremos colocarlo lo más cerca posible humanamente para los pasadores.

Básicamente, si la bomba de carga está habilitada, entonces tenemos un par de bits de estado que pueden darnos información útil.

Primero tenemos el bit cpcap_status. Este tipo nos dice si se detectó un condensador de moscas. Es como una pequeña confirmación de que todo está conectado correctamente.

A continuación, el bit CP_Status. Este nos muestra el estado de cualquier falla de la bomba de carga. Si algo sale mal con la bomba de carga, este bit nos lo hará saber. Y también genera una señal int que es como una alerta de que algo necesita nuestra atención.

Ahora aquí hay una característica útil: si no queremos que la falla de la bomba de carga cause una interrupción en el pin int, entonces podemos usar el bit CP_INT_EN para evitarlo. Esto puede ser útil si queremos manejar la falla de una manera diferente o si no queremos ser constantemente interrumpidos por ella.

Etapa del convertidor de impulso

Entonces, básicamente, estamos hablando de un controlador BOOST, que es como un dispositivo escalonado para voltaje en circuitos. Específicamente, el LP8864-Q1 utiliza el control de modo corriente para manejar esta conversión Boost DC/CC, que es cómo obtenemos el voltaje adecuado para los LED.

El concepto Boost funciona utilizando una topología controlada por el modo actual y tiene este límite de corriente de ciclo por ciclo. Mantiene un ojo en la corriente utilizando una resistencia sensorial que está conectada entre ISN y ISNSGND.

Si usamos una resistencia sensorial de 20MΩ, entonces estamos viendo un límite de corriente de ciclo por ciclo 10A. Dependiendo de lo que estemos haciendo, esa resistencia sensorial podría ser de 15 mΩ a 50mΩ.

También podemos establecer el voltaje de refuerzo máximo utilizando un divisor de resistencia de pines FB externo que está conectado entre Vout y FB.

En BST_FSET, una resistencia externa permite que la frecuencia de conmutación de refuerzo se ajuste entre 100 kHz y 2.2MHz, como se da en la siguiente tabla. Se requiere una resistencia precisa del 1% para garantizar el funcionamiento correcto.

Límite de corriente de ciclo por ciclo de refuerzo

El voltaje que existe entre ISNS e ISNSGND juega un papel crucial aquí porque se utiliza tanto para la detección actual del controlador BOOST DC/DC como para la configuración para el límite de corriente ciclo por ciclo.

Ahora, cuando alcanzamos ese límite de corriente de ciclo por ciclo, el controlador apagará inmediatamente el MOSFET de conmutación. Luego, en el siguiente ciclo de conmutación, lo volverá a encender. Este mecanismo actúa como una salvaguardia común para todos los componentes de CC/DC relacionados, como inductor, diodo Schottky y MOSFET, asegurando que la corriente no vaya más allá de sus límites máximos.

Y este límite de corriente ciclo por ciclo no dará lugar a fallas en el dispositivo.

donde, visns = 200 mv

Controlador Min On/Off Duración

La siguiente tabla muestra el tiempo de encendido/apagado más corto posible para el controlador DC/DC del dispositivo. El diseño del sistema debe prestar especial atención al tiempo mínimo de apagado. Se supone que los tiempos crecientes y decrecientes del nodo SW son mayores que el período mínimo de apagado para evitar que el controlador no se apague el MOSFET.

Aumentar el control de voltaje adaptativo

El control de voltaje adaptativo Boost con el convertidor LP8864-Q1 Boost DC/DC es responsable de generar el voltaje del ánodo para nuestros LED. Cuando todo se está ejecutando sin problemas, el voltaje de salida de BOOST se ajusta automáticamente de acuerdo con los voltajes del salón de cabeza del sumidero de corriente LED. Esta característica útil se conoce como control de refuerzo adaptativo.

Para establecer el número de salidas LED que queremos usar, simplemente utilizamos el pin LED_SET. Solo se controlan las salidas LED activas para administrar este voltaje de refuerzo adaptativo. Si alguna cadena LED encuentra fallas abiertas o cortas, entonces se excluyen rápidamente del circuito de control de voltaje adaptativo, lo que garantiza que mantengamos un rendimiento óptimo.

El bucle de control vigila de cerca los voltajes del pasador del controlador LED y si alguna de las salidas LED se sumerge debajo del umbral de la sala Vheadrip, luego eleva el voltaje de impulso. Por el contrario, si alguna de esas salidas alcanza el umbral de la sala de vheadroom, entonces el voltaje de impulso se reduce en consecuencia. Para una representación visual de cómo funciona esta escala automática basada en el voltaje Outx-Pin, Vheadroom y Vheadroom_hys, podemos referirnos a la figura a continuación.

El divisor resistivo compuesto por R1 y R2 juega un papel crucial al definir los niveles mínimos y máximos para el voltaje de impulso adaptativo. Curiosamente, el circuito de retroalimentación funciona de manera consistente tanto en las topologías de Boost como en Sepic. Cuando elegimos nuestro voltaje de impulso máximo, es esencial basar esa decisión en la especificación de voltaje de cadena LED máxima; Necesitamos al menos 1V más alto que este máximo para garantizar que nuestro sumidero actual funcione correctamente.

Antes de activar los controladores LED, iniciamos una fase de inicio en la que el impulso alcanza su nivel inicial, aproximadamente al 88% del rango entre los voltajes de impulso mínimo y máximo. Una vez que nuestros canales de controlador LED están en funcionamiento, el voltaje de salida aumenta continúa ajustándose automáticamente en función de los voltajes de pin Outx.

Además, el divisor de resistencia de pin de FB es fundamental para escalar no solo los niveles de protección contra sobretensión de refuerzo (OVP) y protección contra sobrecorriente (OCP), sino que también gestiona los niveles de cortocircuito en aplicaciones como HUD.

FB divisor empleando la técnica de dos resistentes

El voltaje de salida de Boost y la tierra están conectados a través de un circuito divisor de dos resistentes en una configuración estándar de PIN FB.

La siguiente ecuación se puede usar para calcular el voltaje de impulso más alto. Cuando las cadenas LED enteras permanecen desenchufadas o mientras realizan una detección de cadenas abiertas, se puede lograr el voltaje máximo de impulso.

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

dónde

• Vref = 1.21V
• Isel_max = 38.7 µA
• R1 / R2 El rango recomendado normal es 7 ~ 15

El voltaje mínimo de cadena LED debe ser mayor que el voltaje mínimo de impulso. Esta ecuación se utiliza para determinar el voltaje mínimo de impulso:

Vboost_min = ((R1 / R2) + 1) × Vref

dónde

• Vref = 1.21V

El controlador Boost deja de cambiar el FET Boost y establece el bit bstovpl_status cuando se logra el nivel Boost OVP_LOW. A lo largo de este estado, los controladores LED permanecen operativos, y cuando el nivel de salida de Boost cae, el Boost vuelve a su modo normal. El voltaje de refuerzo actual provoca un cambio dinámico en el umbral de bajo voltaje de BOOST OVP. La ecuación a continuación se puede utilizar para calcularlo:

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

dónde

• VFB_OVPL = 1.423V
• Vref = 1.21V

El controlador BOOST cambia al modo de recuperación de fallas y establece el bit BSTOVPH_STATUS una vez que se logra el nivel BOOST OVP_HIGH. La siguiente ecuación se usa para determinar el umbral de alto voltaje de OVP de refuerzo, que también varía dinámicamente con el voltaje de refuerzo de corriente: