Automotive Display LED-Backlight Driver Circuit ved hjelp av LP8864-Q1

I utgangspunktet er det laget for å drive lysdiodene effektivt i bilen din.

Det har fått disse fire høye presisjonsstrømvasker som gjør noe som kalles faseforskyvning. Det som er pent er at denne fasen som skifter automatisk justerer seg basert på hvor mange kanaler vi faktisk bruker. Så det er fleksibelt avhengig av oppsettet.

Vi kan kontrollere LED -lysstyrken på en stor måte ved å bruke I²C -grensesnittet eller PWM -inngangen. Tenk på det som å ha en dimmerbryter, men mye mer presis.

Boost -kontrolleren har også denne tilpasningsdyktige tingen som skjer der den kontrollerer utgangsspenningen basert på takhøydespenningene til LED -strømmen.

Hva dette gjør er super smart: det kutter ned strømforbruket ved å finjustere boostspenningen til å være akkurat nok for det vi trenger. Det handler om å være effektiv. Pluss at LP8864-Q1 har en justerbar frekvens med bred rekkevidde som hjelper den med å unngå å rote med AM-radiobandet. Ingen vil ha statisk når de lytter til melodier.

Og det er mer! LP8864-Q1 kan gjøre hybrid PWM-dimming og analog strøm. Dette er flott fordi det senker EMI (elektromagnetisk interferens), gjør at lysdiodene varer lenger og gjør hele det optiske systemet mer effektivt.

Funksjonsblokkdiagram

Pinout -detaljer

Tabell 4-1. HTTSOP PIN -funksjoner

Tabell 4-2. QFN PIN -funksjoner

Absolutt maksimal rangeringer

(Gyldig over operasjonsrekkevidden med fritt luft med mindre annet er spesifisert)

Merknader:

1. Overskridelse av disse absolutte maksimale rangeringer kan føre til permanent skade på enheten. Disse grensene indikerer ikke det funksjonelle driftsområdet. Å operere utover de anbefalte forholdene kan redusere påliteligheten, påvirke ytelsen eller forkorte levetiden.
2. Spenningsverdiene måles i forhold til GND -pinnene.
3. For applikasjoner med høy effekt spredning og termisk motstand, kan omgivelsestemperaturen kreve derating. Den maksimale omgivelsestemperaturen (T_A-MAX) påvirkes av kryssetemperaturgrensen (T_J-MAX = 150 ° C), effektdissipasjon (P), kryss-til-bord termisk motstand og temperaturgradient (ΔT_BA) mellom systemtavlen og den omkringliggende luften. Forholdet er:
   T_a-max = t_j-max-(θ_jb × p)-Δt_ba
4. Enheten inkluderer en intern termisk avstengningsmekanisme, for å forhindre overoppheting. Nedleggelse skjer omtrent T_J = 165 ° C. , og gjenopptar normal drift, når T_J = 150 ° C. .

Anbefalte driftsforhold

(Gyldig over operasjonsrekkevidden med fritt luft med mindre annet er spesifisert)

Merknader:

1. Alle spenningsverdier refereres til GND -pinnene.

Kretsdiagram

Detaljert beskrivelse

OK, så LP8864-Q1 er denne LED-driveren med høy effektivitet som er perfekt for biler. Vi snakker ting som de fancy infotainment-visningene, instrumentklyngene i bilen din og til og med heads-up-skjermer (HUDs), pluss andre LED-bakgrunnsbelysningssystemer.

I utgangspunktet hvis det lyser opp noe i bilen din, kan denne brikken ligge bak den.

Nå kan du som standard kontrollere hvor lyse lysdiodene bruker en PWM -inngang som er ganske standard. Men få dette, du kan også finpusse lysstyrken gjennom I2C -grensesnittet som gir deg litt ekstra fleksibilitet.

For å sette opp ting har vi disse eksterne motstandene som du kobler til spesifikke pinner - BST_FSET, PWM_FSET og ISET. Disse motstandene lar deg angi nøkkelparametere som boostfrekvens, LED PWM -frekvensen og hvor mye strøm som går til de LED -strengene.

Det er også denne int -pinnen som er som en feilreporter. Hvis noe går galt, vil det gi deg beskjed, og du kan fjerne statusen enten gjennom I2C -grensesnittet eller automatisk når EN -pinnen går lavt.

Denne brikken handler om den rene PWM -dimmingen og har seks LED -nåværende drivere, som hver skyver opp til 200 mA. Men her er det der det blir allsidig, du kan gjengere disse utgangene sammen hvis du trenger å kjøre lyslimater med høyere strøm.

ISET-motstanden angir den maksimale LED-driverens strøm, og du kan finjustere den enda ytterligere ved å bruke I2C-kontrollerte LEDX_Current [11: 0] registeret.

PWM_FSET -motstanden er det du bruker for å stille inn LED -utgang PWM -frekvensen mens LED_SET -motstanden forteller deg hvor mange LED -strenger som er aktive. Avhengig av hvordan du setter den opp, justerer enheten automatisk faseskiftet.

For eksempel hvis du er i en firestrengmodus, blir hver utgang faseforskyvet med 90 grader (360 °/4). Og ikke glem, noen utganger du ikke bruker, trenger å være bundet til GND som deaktiverer dem og sørger for at de ikke roter med den adaptive spenningskontrollen eller forårsaker falske LED -feilvarsler.

For å holde alt i gang effektivt, er det en motstandsdelere mellom Vout og FB -pinnen som setter maksimal boostspenning.

Den kjølige delen er at enheten hele tiden ser på spenningene til de aktive LED -strengene og justerer boostspenningen til det laveste nivået den trenger. Du kan angi Boost -koblingsfrekvensen hvor som helst fra 100 kHz til 2,2MHz ved hjelp av BST_FSET -motstanden.

Pluss at den har en myk startfunksjon for å holde den nåværende trekningen fra strømforsyningen din lav når den starter opp. Og det kan til og med håndtere en ekstern FEST-linje for å stoppe lekkasje av batteri når den er av, samtidig som du gir deg litt isolasjon og feilbeskyttelse.

LP8864-Q1 er en bemerkelsesverdig enhet som leveres med mange feildeteksjonsfunksjoner når det gjelder å sikre systemets pålitelighet og beskyttelse. La oss komme inn på detaljene om hva som gjør denne sjåføren så robust!

Omfattende funksjonsfunksjoner for feildeteksjon:

Påvisning av åpne eller kortslåtte LED -strenger: Denne funksjonen er avgjørende, fordi den identifiserer feil i LED -strengene som forhindrer overdreven oppvarming som kan oppstå hvis det er en åpen eller kortslutning. Dette betyr at vi kan holde systemene våre trygge mot potensielle skader på grunn av defekte lysdioder.

Påvisning av lysdioder kortsluttet til bakken: LP8864-Q1 overvåker for situasjoner der lysdioder utilsiktet kan kort til bakken, noe som er et annet lag med sikkerhet vi kan stole på.

Overvåking av eksterne motstandsverdier: Det holder øye med de ytre motstandene koblet til forskjellige pinner som ISET, BST_FSET, PWM_FSET, LED_SET og MODE. Hvis noen motstand går utenfor rekkevidde, vil vi bli varslet slik at vi kan iverksette korrigerende tiltak før noen problemer eskalerer.

Boost Circuit Protection: Denne funksjonen beskytter mot overstrømnings- og overspenningsforhold i Boost Converter som sikrer at kretsene våre fungerer innenfor sikre grenser.

Underspenningsbeskyttelse for enheten (VDD UVLO): LP8864-Q1 overvåker kontinuerlig spenningen ved VDD-pinnen. Hvis det oppdager lavspenningsforhold, kan vi forhindre funksjonsfeil før den til og med starter.

Overspenningsbeskyttelse for VIN -inngangen (VIN OVP): Den opplever overdreven spenning ved VSENSE_P -pinnen, noe som hjelper til med å beskytte enheten vår mot potensielle skader på grunn av høyspenningspigger.

Underspenningsbeskyttelse for VIN -inngangen (VIN UVLO): I likhet med VDD -motstykket, oppdager denne funksjonen lave spenningsforhold via UVLO -pinnen, og legger til et ekstra lag med sikkerhet for vår inngangskraft.

Overstrømsbeskyttelse for VIN -inngangen (VIN OCP): Ved å overvåke spenningsforskjellen mellom VSENSE_P og VSENSE_N -pinnene hjelper det oss å oppdage overdreven strømtrekk, noe som er avgjørende for å opprettholde operasjonell integritet.

Hovedfunksjoner

Kontrollgrensesnitt:

EN (Aktiver inngang): Tenk på dette som av/på-bryteren for LP8864-Q1. Når spenningen ved en -pinnen går over et bestemt punkt (venih), driver enheten opp. Når den synker under et annet punkt (Venil), slår den av. Når det er på, begynner alle de interne tingene å fungere.

PWM (pulsbreddemodulasjon): Dette er standardmåten vi kontrollerer lysstyrken til LED -strømmen. I utgangspunktet justerer den pliktsyklusen for å dempe eller lysne lysdiodene.

Int (avbrudd): Dette er som en feilalarm. Det er en åpen dreneringsutgang som forteller oss når noe går galt.

SDA og SCL (I2C -grensesnitt): Dette er dataene og klokkelinjene for I2C -grensesnittet. Vi bruker disse for å kontrollere lysstyrken i de nåværende vasken og for å lese tilbake feilbetingelser for diagnostikk.

BST_SYNC: Denne pinnen er for Boost Converters koblingsfrekvens. Du kan mate det et eksternt klokkesignal for å kontrollere Boost Clock -modus.

Enheten oppdager automatisk en ekstern klokke ved oppstart. Hvis det ikke er noen ekstern klokke, bruker den sin egen interne klokke.

Du kan også knytte denne pinnen til VDD for å aktivere en boost spredningsspektrumfunksjon eller knytte den til GND for å deaktivere den.

ISET -pin: Vi bruker dette til å stille inn maksimalt strømnivå for hver LED -streng.

Funksjonsinnstilling:

BST_FSET PIN: Bruk dette til å stille opp boost -koblingsfrekvensen ved å koble til en motstand mellom denne pinnen og bakken.

PWM_FSET -pinne: Dette angir LED -utgang PWM -dimingfrekvensen ved å bruke en motstand mot bakken.

MODE PIN: Denne pinnen setter dimmingsmodus ved hjelp av en ekstern motstand mot bakken.

LED_SET PIN: Bruk dette til å konfigurere LED -oppsettet med en motstand mot bakken.

ISET -pin: Dette angir maksimal LED -strømnivå per outx -pinne.

Enhetforsyning (VDD):

VDD-pinnen leverer strøm til alle de interne delene av LP8864-Q1. Du kan bruke enten en 5V eller 3,3V -forsyning, vanligvis fra en lineær regulator eller en DC/DC -omformer, og sørge for at den kan håndtere minst 200mA strøm.

Aktiver (en):

LP8864-Q1 aktiveres bare når spenningen ved EN-pinnen er over en viss terskel (Venih) og deaktiverer når spenningen synker under en annen terskel (Venil).

Alle de analoge og digitale komponentene blir aktive når LP8864-Q1 er aktivert via EN-pinnen. Hvis EN -PIN -en ikke er aktiv, vil I2C -grensesnittet og feildeteksjonen ikke fungere.

Ladepumpe

La oss nå sjekke hvordan vi kan administrere ladepumpesituasjonen i oppsettet vårt. I utgangspunktet har vi fått en integrert regulert ladepumpe som kan være en reell eiendel for å levere portdrevet for den eksterne FET av Boost -kontrolleren. Her er scoop:

Så den kule tingen er at denne ladepumpen kan aktiveres eller deaktiveres automatisk. Den finner ut om VDD og CPUMP -pinnen er koblet sammen. Hvis spenningen ved VDD er mindre enn 4,5V, sparker ladepumpen inn for å generere en 5V portspenning. Dette er hva vi trenger for å drive det eksterne boostbytte FET.

Hvis vi nå skal bruke ladepumpen, må vi poppe en 2,2 uF kondensator mellom C1N- og C1P -pinnene. Dette hjelper det å gjøre det.

På baksiden hvis vi ikke trenger ladepumpen, så ingen bekymringer! Vi kan forlate C1N- og C1P -pinnene uten sammenheng. Bare husk å knytte cpump -pinnene til VDD.

Uansett om vi bruker ladepumpen eller ikke, trenger vi en 4,7 uF CPUMP -kondensator som lagrer energi for portdriveren. Det er super viktig at denne cpump -kondensatoren brukes i begge scenariene (ladepumpe aktivert eller deaktivert) og vi vil plassere den så nær som menneskelig mulig for CPump -pinnene.

I utgangspunktet hvis ladepumpen er aktivert, har vi et par statusbiter som kan gi oss litt nyttig informasjon.

Først opp har vi CPCAP_Status -biten. Denne fyren forteller oss om en fluekondensator ble oppdaget. Det er som en liten bekreftelse på at alt er koblet riktig.

Deretter er det CP_Status -biten. Denne viser oss statusen til eventuelle ladepumpefeil. Hvis noe går galt med ladepumpen, vil denne biten gi oss beskjed. Og det genererer også et INT -signal som er som et varsel om at noe trenger vår oppmerksomhet.

Nå er her en praktisk funksjon: Hvis vi ikke vil at ladingspumpens feil skal forårsake et avbrudd på INT-pinnen, kan vi bruke CP_INT_EN-biten for å forhindre det. Dette kan være nyttig hvis vi ønsker å håndtere feilen på en annen måte, eller hvis vi ikke ønsker å bli fullstendig avbrutt av den.

Boost Converter Stage

Så i utgangspunktet snakker vi om en boostkontroller som er som en opptrappingsenhet for spenning i kretsløp. Spesielt LP8864-Q1 bruker gjeldende modus-kontroll for å håndtere denne Boost DC/DC-konvertering, og det er slik vi får riktig spenning for lysdiodene.

Boost-konseptet fungerer ved hjelp av en aktuell modus-kontrollert topologi, og det har denne syklusen for syklusen som skjer. Det holder øye med strømmen ved å bruke en sansemotstand som er koblet opp mellom ISNS og ISNSGND.

Hvis vi bruker en 20MΩ sansemotstand, ser vi på en 10A syklus-for-syklus strømgrense. Avhengig av hva vi gjør, kan den sansemotstanden være hvor som helst fra 15mΩ til 50mΩ.

Vi kan også angi maksimal boostspenning ved hjelp av en ekstern FB-PIN-motstandsdelere som er koblet mellom VOUT og FB.

Ved BST_FSET tillater en ekstern motstand at boost -koblingsfrekvensen kan justeres mellom 100 kHz og 2,2MHz, som gitt i følgende tabell. Det kreves en 1% nøyaktig motstand for å garantere riktig funksjon.

Boost Cycle-by-Cycle Current Limit

Spenningen som eksisterer mellom ISNS og ISNSGND spiller en avgjørende rolle her fordi den brukes til både gjeldende sensing av Boost DC/DC-kontrolleren og innstillingene for syklus-for-syklusen strømgrense.

Nå når vi treffer den syklusen for syklusstrøm, vil kontrolleren umiddelbart slå av den byttede MOSFET. Så i neste koblingssyklus vil den slå den på igjen. Denne mekanismen fungerer som en vanlig beskyttelse for alle relaterte DC/DC -komponenter som induktor, Schottky -diode og bytter MOSFET, og sikrer at strømmen ikke går utover sine maksimale grenser.

Og denne syklus-for-syklus-strømgrensen kommer ikke til å gi opphav til feil i enheten.

hvor, visns = 200 mv

Kontroller min av/på varighet

Tabellen nedenfor viser kortest mulig av/på -tid for enheten Boost DC/DC -kontrolleren. Systemoppsett må gi særlig oppmerksomhet til minimumstiden. De økende og synkende tidene for SW -noden er ment å være større enn minimumsperioden for å forhindre at MOSFET ikke blir slått av av kontrolleren.

Øk adaptiv spenningskontroll

Boost adaptiv spenningskontroll med LP8864-Q1 Boost DC/DC-omformeren er ansvarlig for å generere anodespenningen for LED-ene våre. Når alt går jevnt, justerer boost -utgangsspenningen seg automatisk i henhold til LED -strømmen takhøydespenninger. Denne nyttige funksjonen er kjent som adaptiv boostkontroll.

For å angi antall LED -utganger vi ønsker å bruke, bruker vi ganske enkelt LED_SET -pinnen. Bare de aktive LED -utgangene overvåkes for å håndtere denne adaptive boostspenningen. Hvis noen LED -strenger møter åpne eller korte feil, blir de omgående ekskludert fra den adaptive spenningskontrollsløyfen som sikrer at vi opprettholder optimal ytelse.

Kontrollsløyfen holder nøye med på LED -førerpinnespenningene, og hvis noen av LED -utgangene dypper under Vheadroom -terskelen, øker den boostspenningen. Motsatt hvis noen av disse utgangene når Vheadroom -terskelen, senkes boostspenningen deretter. For en visuell representasjon av hvordan denne automatiske skaleringen fungerer basert på Outx-Pin Spenning, Vheadroom og Vheadroom_hys, kan vi referere til figuren nedenfor.

Den resistive skillelinjen sammensatt av R1 og R2 spiller en avgjørende rolle ved å definere både minimums- og maksimumsnivåer for adaptiv boostspenning. Interessant nok fungerer tilbakemeldingskretsen konsekvent i både boost og sepiske topologier. Når vi velger vår maksimale boostspenning, er det viktig å basere den avgjørelsen på den maksimale LED -strengspesifikasjonen; Vi trenger minst 1V høyere enn dette maksimum for å sikre at vår nåværende vaske fungerer riktig.

Før vi aktiverer LED -driverne, starter vi en oppstartsfase der boostet når det opprinnelige nivået - omtrent med 88% av området mellom minimum og maksimal boostspenning. Når LED -driverkanalene våre er i gang, fortsetter du å øke utgangsspenningen fortsetter å justere automatisk basert på Outx PIN -spenninger.

I tillegg er FB-pin-motstandsdeleren medvirkende til å skalere ikke bare Boost Overspent Beskyttelse (OVP) og overstrømsbeskyttelse (OCP), men administrerer også kortslutningsnivåer i applikasjoner som HUDS.

FB-skillet bruker to-resistorteknikken

Boost-utgangsspenningen og bakken kobles til via en to-resistor skillekrets i en standard FB-PIN-konfigurasjon.

Ligningen nedenfor kan brukes til å beregne den høyeste boostspenningen. Når hele LED -strengene forblir koblet fra eller mens du utfører åpen strengdeteksjon, kan den maksimale boostspenningen oppnås.

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

hvor

• VREF = 1.21V
• ISEL_MAX = 38,7μA
• R1 / R2 Normalt anbefalt område er 7 ~ 15

Minimum LED -strengspenning må være større enn minimumsøkningsspenningen. Denne ligningen brukes til å bestemme minimumsøkningsspenningen:

VBoost_min = ((r1 / r2) + 1) × vref

hvor

• VREF = 1.21V

Boost -kontrolleren slutter å bytte Boost FET og setter BSTOVPL_STATUS -biten når Boost OVP_LOW -nivået oppnås. Gjennom denne tilstanden forblir LED -driverne i drift, og når boost -utgangsnivået synker, bytter boost tilbake til sin vanlige modus. Den nåværende boostspenningen forårsaker et dynamisk skifte i Boost OVP -lavspenningsterskelen. Ligning nedenfor kan brukes til å beregne den:

VBoost_ovpl = vBoost + ((r1 / r2) + 1) × (VFB_OVPL - VREF)

hvor

• VFB_OVPL = 1.423V
• VREF = 1.21V

Boost -kontrolleren bytter til feilgjenopprettingsmodus og setter BSTOVPH_STATUS -biten når Boost OVP_High -nivået er oppnådd. Følgende ligning brukes til å bestemme boost OVP-høyspenningsterskelen, som på samme måte varierer dynamisk med gjeldende boostspenning: