能量共享 - 防止LED驱动器免受过热的关键？

发光二极管的照明上升时间大约是白炽灯光源的两倍。它们更节能，体积更小，寿命更长。这就是它们对汽车行业的设计师如此有吸引力的原因。

要为LED字符串供电，我们需要一个当前调节的源。具有恒定电压的源不能产生一致的照明，因为LED串两端的电压可以随着LED的数量和环境温度而变化;LED正向电压降低2 mV/°C，这是需要注意的特性。LED驱动器基本上是一个电流调节的源，具有用于供电LED的一些有用功能。

在本文中，我们将看看BD18337EFV-M，这是由RoHM半导体制造的最近释放的LED驱动器。新的LED驱动器适用于汽车应用。也许，这个LED驱动器的最重要特征是其热管理能力。我们将非常详细地查看此功能，并将新设备与传统解决方案进行比较。

新型LED驱动器的典型应用原理图

BD18337EFV-M及其姊妹产品BD18347EFV-M的典型应用原理图如图1所示。如图所示，新设备是一个四通道驱动器。

图1。BD183377EFV-M的典型应用示意图。使用的图像礼貌罗姆半导体

每个通道可以提供高达150 mA的固定电流，以为其LED串供电。输出电流精度为±5％。每个通道所源的电流由连接到相应的SET引脚的电阻确定，并且由以下等式给出：

$ $ I_ {OUTx} = \压裂{K_{集}}{R_{对于SETx}} $ $(安培)

其中$$ k_ {set} $$是典型值为1800和$$ r_ {setx} $$的输出电流设置系数是当前设置电阻。测量的输出电流与电阻值绘制下面：

图2。输出电流vs电阻值。使用的图像礼貌罗姆半导体

输入电压范围

车辆的电源电压可以具有大的变化。例如，当汽车电池电压通常为约12 V时，它有时可以低至6V。这些供应波动使得设计汽车电子具有挑战性。yabosports官网

BD18337EFV-M支持5.5 V ~ 20 V的宽输入范围。尽管设备支持这个电压范围，我们仍然需要提供足够高的输入电压，这取决于每个通道供电的led数量(N)和驱动程序的总输出电流$$I_{OUTx - total}$$。

最小输入电压公式如下:

$ $ V_的{}\ N组\ * V_{前锋}+ V_{博士}+ R_ {VIN-VINRES} \ * I_ {OUTx-Total} $ $

如果我们只考虑右边的第一项，我们可以观察到输入电压不能小于LED串上的电压降($$N \ * V_{Forward-LED}$$)。有关此方程的详细信息，请参考设备的数据表。

能源共享控制

如上所述，BD183375V-M支持从5.5 V至20 V的宽输入范围。

当高输入电压应用于设备而输出电压相对较低时，这种宽输入范围会导致设备的大功耗。例如，考虑图3所示的简化示意图。

图3。BD183375V-M的简化示意图。图片（修改）使用礼貌罗姆半导体

假设输入电压为18v，四个输出通道均为6v，即x=1 ~ 4时，$$V_{OUTx}$$ = 6v。

如果总输出电流为400 mA（$ i_ {OUTX-TOIL} = I_ {OUT1} + I_ {OUT2} + I_ {OUT3} + i_ {OUT3} + i_ {OUT3} + i_ {OUT3} + {OUT3} + I_ {OUT3} + {OUT3} += 400 mA $$）？

假设电流只通过VIN引脚进入设备，只通过上述四个输出输出，我们可以得出结论，输入和输出引脚之间出现了18v - 6v的电压降。

考虑通过该设备的总电流，我们可以计算出该设备燃烧的功率为:

$$ p_ {ic} $$ =（18 - 6）V.x 400马= 4.8W.

根据封装的热阻，这种功率可以将集成电路内部温度提高到不可接受的水平。

为了解决这个问题，BD18337EFV-M在数据表中采用了一种有趣的技术，称为“能量共享控制”。“能量共享控制”耗散了额外的能量，这些能量会使外部电阻中的设备过热。

这个外部电阻应该放置在VIN和VINRES引脚之间，如下图所示。

图4。BD18337EFV-M输出电流设置。使用的图像礼貌罗姆半导体

“能量共享控制”模块监控通道的输出电压，并保持VINRES电压在2v以内，最大输出电压(maximum $$V_{OUTx}$$)。因此，当输入电压远远大于输出电压时，额外的功率可以由$$R_{EXT}$$电阻耗散。

数据表提供了几个图来说明驱动IC和外部电阻之间如何共享总功率。例如，下图显示了一个实验，其中四个输出通道为6v ($$V_{OUTx}$$ = 6v For x=1 to 4)，总输出电流为400 mA，输入电压从5v扫到20v。

图5。跨IC和R的功耗_ext.当输出总电流为400ma，输入电压从5v扫到20v时。使用的图像礼貌罗姆半导体

图中描绘了三个不同的外部电阻器的驱动功率(Pc_IC)和外部电阻器功率(Pc_$$R_{EXT}$$)。与$ $ R_ {EXT} $ $ = 15Ω,我们有Pc_IC≈2.4 W和Pc_ $ $ R_ {EXT} $ $≈2.6 W。

如您所见，外部电阻的几乎一半的总功率消耗;外部电阻会降低IC产生的热量。图6显示了验证能量共享机制效率的测量。

图6。能量共享的测量结果。使用的图像礼貌罗姆半导体

在本实验中，输入电压从9v变为13.5 V，输出电压为6.25 V。外部电阻$$R_{EXT}$$=31 Ω是由两个并联的62 Ω电阻创建的。

为了更好地理解上面讨论的能量共享机制的优势，让我们来看看另一个试图消散外部电阻中不必要的电力的另一个LED驱动器。

另一个具有类似能量共享机制的LED驱动器

这E522.90/91/92/93家庭来自ELMOS Semiconductor AG支持类似于BD18337EFV-M采用的热管理选项。E522.90 / 91/92 / 93系列的典型应用电路如下所示。

图7。E522.90 / 91/92 / 93的典型应用电路。使用的图像礼貌ELMOS AG

该驱动器家族的输入电压范围为5v到25v。在使用高输入但输出电压相对较低的应用中，驱动器将耗散过多的功率。

为了处理驱动器耗散的过量功率，E522.90-93器件家族利用两个输出引脚，LEDxA和LEDxB，每个输出通道(如图右侧所示)。该设备试图调节这两个输出引脚的电流之和。

通道电流将主要由LEDxB输出提供。这个引脚通过一个“热管理电阻”连接到LED串。因此，相对于LED串施加的电压，LEDxB引脚将处于更高的电压。另外，一些额外的功率可以消耗在外部电阻而不是驱动器上。

然而，电阻上的压降可以限制大输出电流的电压净空。这就是为什么LEDxB将提供电流，只要我们有足够的电压净空。当电流在LEDxB输出下降到低于目标值由于电压净空限制，LEDxA输出将被激活，以供应剩余的电流，使电流的总和保持调节。

新的“能源共享控制”如何影响董事会区域和设计负荷？

E522.90/91/92/93家族的电源管理需要每个通道两个输出引脚，而BD18337EFV-M的能量共享机制使用一个单独的引脚来消耗外部电阻中的额外功率。这可以通过在一个紧凑的16引脚封装中实现一个四通道的大电流驱动器来减小电路板的尺寸。

此外，由于四个输出通道的功率管理由一个外部电阻来实现，因此可以简化热工设计。看来新的LED驱动器可以减少电路板面积，简化热管理。尽管如此，我想知道是否有一个用例，在那里独立的热管理的通道可以有帮助。如果有这样的应用，我们可能更喜欢E522.90/91/92/93系列的器件，而不是ROHM Semiconductor最近发布的LED驱动器。

结论

LED驱动器的热管理变得具有挑战性，特别是在设备的高输入电压和输出电压相对较低的应用中。在这些情况下，可以采用类似于ROHM Semiconductor的BD18337EFV-M或Elmos Semiconductor的E522.90/91/92/93家族所采用的能量共享机制。

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