Automotive Display LED-backlight driverkrets med LP8864-Q1

I grund och botten görs det för att effektivt driva lysdioderna i din bil.

Det har dessa fyra nuvarande sänkor med hög precision som gör något som kallas fasförskjutning. Det som är snyggt är att denna fasskiftning automatiskt justeras utifrån hur många kanaler vi faktiskt använder. Så det är flexibelt beroende på installationen.

Vi kan styra LED -ljusstyrkan på ett stort sätt med I²C -gränssnittet eller PWM -ingången. Tänk på det som att ha en dimmer switch men mycket mer exakt.

Boost -styrenheten har också den här adaptiva saken på gång där den styr utspänningen baserat på utrymmesspänningen för LED -strömmenbben.

Vad detta gör är supersmart: det minskar strömförbrukningen genom att finjustera boostspänningen för att vara tillräckligt för vad vi behöver. Det handlar om att vara effektiv. Plus LP8864-Q1 har en vidsträckt justerbar frekvens som hjälper den att undvika att röra med AM-radiobandet. Ingen vill ha statisk när de lyssnar på låtar.

Och det finns mer! LP8864-Q1 kan göra hybrid PWM-dimning och analog ström dimning. Detta är bra eftersom det sänker EMI (elektromagnetisk störning), gör att lysdioderna håller längre och gör hela optiska systemet mer effektivt.

Funktionellt blockdiagram

Pinoutinformation

Tabell 4-1. Httsop -stiftfunktioner

Tabell 4-2. QFN -stiftfunktioner

Absoluta maximala betyg

(Giltigt över det driftliga fritt temperaturområdet om inte annat anges)

Anmärkningar:

1. Överskridande av dessa absoluta maximala betyg kan leda till permanent skada på enheten. Dessa gränser indikerar inte det funktionella driftsområdet. Att arbeta utöver de rekommenderade förhållandena kan minska tillförlitligheten, påverkan eller, förkorta livslängden.
2. Spänningsvärden mäts relativt GND -stiften.
3. För applikationer med högeffekt och termisk motstånd kan omgivningstemperaturen kräva härskning. Den maximala omgivningstemperaturen (T_A-MAX) påverkas av övergångstemperaturgränsen (T_J-MAX = 150 ° C), kraftfördelning (P), korsnings-till-brädets termisk motstånd och temperaturgradient (ΔT_BA) mellan systemtavlan och den omgivande luften. Förhållandet är:
   T_a-max = t_j-max-(θ_jb × p)-Δt_ba
4. Enheten innehåller en intern termisk avstängningsmekanism för att förhindra överhettning. Avstängning sker ungefär T_J = 165 ° C och återupptar normal drift när T_J = 150 ° C .

Rekommenderade driftsförhållanden

(Giltigt över det driftliga fritt temperaturområdet om inte annat anges)

Anmärkningar:

1. Alla spänningsvärden hänvisas till GND -stiften.

Kretsschema

Detaljerad beskrivning

Okej, så LP8864-Q1 är den här högeffektiva LED-drivrutinen som är perfekt för bilar. Vi pratar saker som de snygga infotainment-skärmarna, instrumentklusterna i din bil och till och med heads-up-skärmar (HUDS), plus andra LED-bakgrundsbelysningssystem.

I grund och botten om det tänder något i din bil, kan detta chip ligga bakom den.

Som standard kan du styra hur ljusa lysdioderna använder en PWM -ingång som är ganska standard. Men få detta, du kan också finjustera ljusstyrkan genom I2C -gränssnittet som ger dig lite extra flexibilitet.

För att ställa in saker har vi dessa externa motstånd som du ansluter till specifika stift - BST_FSET, PWM_FSET och ISET. Dessa motstånd låter dig ställa in nyckelparametrar som boostfrekvensen, LED PWM -frekvensen och hur mycket ström som går till dessa LED -strängar.

Det finns också denna int -pin som är som en felreporter. Om något går fel kommer det att meddela dig och du kan rensa statusen antingen genom I2C -gränssnittet eller automatiskt när EN -stiftet går lågt.

Detta chip handlar om den rena PWM -dimning och har sex LED -nuvarande drivrutiner, var och en pressar upp till 200 mA. Men här är det där det blir mångsidigt, kan du samla dessa utgångar tillsammans om du behöver köra lysdioder med högre ström.

ISET-motståndet ställer in den maximala LED-drivkraftsströmmen och du kan finjustera det ännu mer med hjälp av den i2c-kontrollerade LEDX_CURRENT [11: 0] -registret.

PWM_FSET -motståndet är vad du använder för att ställa in LED -utgången PWM -frekvens medan LED_SET -motståndet berättar hur många LED -strängar som är aktiva. Beroende på hur du ställer in den justerar enheten automatiskt fasförskjutningen.

Om du till exempel är i ett fyrsträngsläge skiftas varje utgång med 90 grader (360 °/4). Och glöm inte, några utgångar som du inte använder behöver vara bundna till GND som inaktiverar dem och ser till att de inte rör sig med den adaptiva spänningsstyrningen eller orsakar några falska LED -felvarningar.

För att hålla allt igång effektivt finns det en motståndsdelare mellan Vout och FB -stiftet som sätter den maximala ökningsspänningen.

Den svala delen är att enheten ständigt tittar på spänningarna för de aktiva LED -strängarna och justerar boostspänningen till den lägsta nivån den behöver. Du kan ställa in boostomkopplingsfrekvensen var som helst från 100 kHz till 2,2 MHz med BST_FSET -motståndet.

Dessutom har den en mjukstart för att hålla den nuvarande dragningen från din strömförsörjning låg när den startar. Och det kan till och med hantera en extern kraftlinje FET för att stoppa batteriläckage när det är av och ger dig lite isolering och felskydd.

LP8864-Q1 är en anmärkningsvärd enhet som levereras med många feldetekteringsfunktioner när det gäller att säkerställa systemtillförlitlighet och skydd. Låt oss komma in på detaljerna om vad som gör den här föraren så robust!

Omfattande feldetekteringsfunktioner:

Upptäckt av öppna eller kortslutna LED -strängar: Denna funktion är avgörande, eftersom den identifierar eventuella fel i LED -strängarna som förhindrar överdriven uppvärmning som kan uppstå om det finns en öppen eller kortslutning. Detta innebär att vi kan hålla våra system säkra från potentiella skador på grund av felaktiga lysdioder.

Upptäckt av lysdioder kortslutna till marken: LP8864-Q1-monitorerna för situationer där lysdioder oavsiktligt kan kort till marken, vilket är ett annat lager av säkerhet vi kan lita på.

Övervakning av externa motståndsvärden: Det håller ett öga på de yttre motståndarna anslutna till olika stift som ISET, BST_FSET, PWM_FSET, LED_SET och MODE. Om något motstånd går utanför räckvidden kommer vi att meddelas så att vi kan vidta korrigerande åtgärder innan några problem eskalerar.

Boost Circuit Protection: Denna funktion skyddar mot överströms- och överspänningsförhållanden i Boost -omvandlaren som säkerställer att våra kretsar fungerar inom säkra gränser.

Undervolstage -skydd för enheten (VDD UVLO): LP8864-Q1 övervakar kontinuerligt spänningen vid VDD-stiftet. Om det upptäcker lågspänningsförhållanden kan vi förhindra att det inte fungerar innan det ens börjar.

Överspänningsskydd för VIN -ingången (VIN OVP): Det känner överdriven spänning vid vsense_p -stiftet, vilket hjälper till att skydda vår enhet från potentiella skador på grund av högspänningspikar.

Undervolstage -skydd för VIN -ingången (VIN UVLO): I likhet med dess VDD -motsvarighet upptäcker denna funktion lågspänningsförhållanden via UVLO -stiftet och lägger till ett extra lager av säkerhet för vår ingångseffekt.

Överströmsskydd för VIN -ingången (VIN OCP): Genom att övervaka spänningsskillnaden mellan vsense_p och vsense_n -stiften hjälper det oss att upptäcka överdriven strömavdrag som är avgörande för att upprätthålla operativ integritet.

Huvudfunktioner

Kontrollgränssnitt:

EN (Aktivera ingång): Tänk på detta som ON/OFF-omkopplaren för LP8864-Q1. När spänningen vid en -stiftet går över en viss punkt (venih), drivs enheten upp. När den sjunker under en annan punkt (venil) stängs den av. När det är på börjar alla interna saker fungera.

PWM (Pulse Width Modulation): Detta är standard sättet vi styr ljusstyrkan på LED -strömmenbben. I grund och botten justerar den tullcykeln för att dimma eller lysa lysdioderna.

Int (avbrott): Detta är som ett fellarm. Det är en Open-Drain-utgång som berättar när något går fel.

SDA och SCL (I2C -gränssnitt): Dessa är data och klocklinjer för I2C -gränssnittet. Vi använder dessa för att kontrollera ljusstyrkan i de aktuella sänkorna och för att läsa tillbaka eventuella felförhållanden för diagnostik.

BST_SYNC: Denna stift är för boost -omvandlarens omkopplingsfrekvens. Du kan mata den en extern klocksignal för att styra boostklockläget.

Enheten upptäcker automatiskt en extern klocka vid start. Om det inte finns någon extern klocka använder den sin egen inre klocka.

Du kan också binda denna PIN -kod till VDD för att aktivera en boost -spridningsspektrumfunktion eller binda den till GND för att inaktivera den.

ISET -stift: Vi använder detta för att ställa in maximal strömnivå för varje LED -sträng.

Funktionsinställning:

BST_FSET -stift: Använd detta för att ställa in boostomkopplingsfrekvensen genom att ansluta ett motstånd mellan denna stift och mark.

PWM_FSET -stift: Detta ställer in LED -utgången PWM -dimningsfrekvens med hjälp av ett motstånd mot mark.

MODE PIN: Denna stift ställer in dimningsläget med ett externt motstånd mot marken.

LED_SET -PIN: Använd detta för att konfigurera LED -installationen med ett motstånd till marken.

ISET -stift: Detta ställer in den maximala LED -strömnivån per outx -stift.

Enhetsförsörjning (VDD):

VDD-stiftet levererar kraft till alla inre delar av LP8864-Q1. Du kan använda antingen en 5V- eller 3.3V -tillförsel, vanligtvis från en linjär regulator eller en DC/DC -omvandlare, och se till att den kan hantera minst 200 mA ström.

Enable (EN):

LP8864-Q1 aktiveras endast när spänningen vid EN-stiftet är över en viss tröskel (venih) och inaktiverar när spänningen sjunker under en annan tröskel (venil).

Alla analoga och digitala komponenter blir aktiva när LP8864-Q1 är aktiverat via EN-stiftet. Om EN -stiftet inte är aktivt fungerar inte I2C -gränssnittet och feldetektering.

Laddningspump

Låt oss nu kontrollera hur vi kan hantera laddningspumpens situation i vår installation. I grund och botten har vi en integrerad reglerad laddningspump som kan vara en riktig tillgång för att leverera grinddrivningen för den externa FET på Boost -styrenheten. Här är skopan:

Så det coola är att den här laddningspumpen kan aktiveras eller inaktiveras automatiskt. Den räknar ut om VDD och CPUMP -stiftet är anslutna. Om spänningen vid VDD är mindre än 4,5V så sparkar laddningspumpen in för att generera en 5V -grindspänning. Det här är vad vi behöver för att driva den externa boost -växlingen FET.

Om vi ​​nu ska använda laddningspumpen måste vi poppa en 2,2 uF -kondensator mellan C1N- och C1P -stiften. Detta hjälper det att göra sin sak.

På baksidan om vi inte behöver laddningspumpen, är inga bekymmer! Vi kan lämna C1N- och C1P -stiften som inte är anslutna. Kom bara ihåg att binda cpump -stiften till VDD.

Oavsett om vi använder laddningspumpen eller inte behöver vi en 4,7 μF CPUMP -kondensator som lagrar energi för grinddrivrutinen. Det är oerhört viktigt att denna cpump -kondensator används i båda scenarierna (laddningspump aktiverad eller inaktiverad) och vi vill placera den så nära som mänskligt möjligt för cpump -stiften.

I grund och botten om laddningspumpen är aktiverad så har vi ett par statusbitar som kan ge oss lite användbar information.

Först upp har vi cpcap_status -biten. Den här killen berättar om en flygkondensator upptäcktes. Det är som en liten bekräftelse att allt är korrekt anslutet.

Därefter finns CP_STATUS -biten. Den här visar oss statusen för eventuella laddningspumpfel. Om något går fel med laddningspumpen kommer den här biten att meddela oss. Och det genererar också en int -signal som är som en varning att något behöver vår uppmärksamhet.

Nu är här en praktisk funktion: om vi inte vill att laddningspumpens fel ska orsaka ett avbrott på int-stiftet kan vi använda CP_INT_EN-biten för att förhindra den. Detta kan vara användbart om vi vill hantera felet på ett annat sätt eller om vi inte vill avbrytas ständigt av det.

Öka omvandlare

Så i princip pratar vi om en boost-styrenhet som är som en steg-upp-enhet för spänning i kretsar. Specifikt använder LP8864-Q1 strömmodkontroll för att hantera denna boost DC/DC-omvandling, vilket är hur vi får rätt spänning för lysdioderna.

Boost-konceptet fungerar med en strömmodkontrollerad topologi och det har denna cykel-för-cykelströmgräns sak som pågår. Det håller ett öga på strömmen med hjälp av ett sinnesmotstånd som är anslutet mellan ISNS och ISNSGND.

Om vi ​​använder ett 20MΩ-sinnesmotstånd tittar vi på en 10A-cykel-för-cykelströmgräns. Beroende på vad vi gör kan det förnuftmotståndet vara allt från 15 mΩ till 50 mΩ.

Vi kan också ställa in den maximala boostspänningen med hjälp av en extern FB-pin-motståndsdelare som är ansluten mellan Vout och FB.

Vid BST_FSET tillåter ett externt motstånd att boost -omkopplingsfrekvensen justeras mellan 100 kHz och 2,2 MHz, enligt följande tabell. Ett korrekt motstånd på 1% krävs för att garantera korrekt funktion.

Boost Cycle-by-cykel strömgräns

Spänningen som finns mellan ISN: er och ISNSGND spelar en avgörande roll här eftersom den används för både den aktuella avkänningen av Boost DC/DC-styrenheten och inställningarna för cykel-för-cykelströmgränsen.

Nu när vi träffar den cykel-för-cykelströmbegränsningen kommer styrenheten omedelbart att stänga av omkopplaren MOSFET. Sedan i nästa omkopplingscykel kommer den att slå på den igen. Denna mekanism fungerar som en gemensam skydd för alla relaterade DC/DC -komponenter såsom induktor, Schottky -diod och växling av MOSFET, vilket säkerställer att strömmen inte går utöver deras maximala gränser.

Och denna cykel-för-cykel strömgräns kommer inte att ge upphov till några fel i enheten.

var, visns = 200 mV

Controller min på/av varaktighet

Tabellen nedan visar kortast möjlig på/av -tid för enhetens ökning av DC/DC -styrenheten. Systemlayout måste uppmärksamma minsta tid. De ökande och minskande tiderna för SW -noden är tänkt att vara större än den minsta perioden för att förhindra att MOSFET inte stängs av av styrenheten.

Öka adaptiv spänningskontroll

Boost adaptiv spänningskontroll med LP8864-Q1 Boost DC/DC-omvandlaren är ansvarig för att generera anodspänningen för våra lysdioder. När allt går smidigt, justeras boost -utgångsspänningen automatiskt enligt de LED -strömmen på handfat. Denna användbara funktion kallas Adaptive Boost Control.

För att ställa in antalet LED -utgångar vi vill använda använder vi helt enkelt LED_SET -stiftet. Endast de aktiva LED -utgångarna övervakas för att hantera denna adaptiva boostspänning. Om några LED -strängar möter öppna eller korta fel, utesluts de snabbt från den adaptiva spänningsskontrollslingan som säkerställer att vi upprätthåller optimal prestanda.

Kontrollslingan håller ett nära öga på LED -drivrutinspänningarna och om någon av LED -utgångarna doppar under vigrumströskeln höjer den boostspänningen. Omvänt om någon av dessa utgångar når vEadroom -tröskeln sänks förstärkningsspänningen i enlighet därmed. För en visuell representation av hur denna automatiska skalning fungerar baserat på outx-pin-spänningen, vheadroom och vheadroom_hys kan vi hänvisa till figur nedan.

Den resistiva avdelaren som består av R1 och R2 spelar en avgörande roll genom att definiera både minsta och maximala nivåer för adaptiv boostspänning. Intressant nog fungerar återkopplingskretsen konsekvent i både boost- och sepiska topologier. När vi väljer vår maximala boostspänning är det viktigt att basera det beslutet på den maximala LED -strängspänningsspecifikationen; Vi behöver minst 1V högre än detta maximum för att säkerställa att våra nuvarande sjunker fungerar korrekt.

Innan vi aktiverar LED -drivrutinerna initierar vi en startfas där ökningen når sin initiala nivå - ungefär på 88% av intervallet mellan minsta och maximala ökningsspänningar. När våra LED -drivarkanaler är igång, fortsätter den utgångsspänningen att justeras automatiskt baserat på utxstiftspänningar.

Dessutom är FB-stiftmotståndsavdelaren instrumental för att skala inte bara boost-överspänningsskyddet (OVP) och överströmsskydd (OCP) utan hanterar också kortslutningsnivåer i applikationer som HUDS.

FB-avdelare som använder tvåresistortekniken

Boost-utgångsspänningen och marken är anslutna via en två-resistor-avdelningskrets i en standard FB-pin-konfiguration.

Ekvationen nedan kan användas för att beräkna den högsta ökningsspänningen. När hela LED -strängarna förblir kopplade eller vid utförande av öppen strängdetektering kan den maximala boostspänningen uppnås.

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

där

• VREF = 1,21V
• Isel_max = 38,7 μa
• R1 / R2 Normalt rekommenderat intervall är 7 ~ 15

Den minsta LED -strängspänningen måste vara större än minsta ökningsspänning. Denna ekvation används för att bestämma minsta boostspänning:

Vboost_min = ((r1 / r2) + 1) × vref

där

• VREF = 1,21V

Boost -styrenheten slutar byta boost FET och ställer in BSTOVPL_STATUS -biten när boost ovp_low -nivån uppnås. Under hela detta tillstånd förblir LED -drivrutinerna i drift, och när boost -utgångsnivån sjunker växlar boost tillbaka till sitt vanliga läge. Föreliggande ökningsspänning orsakar en dynamisk förändring i den ökade OVP -tröskelns lågspänning. Ekvation nedan kan användas för att beräkna den:

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

där

• VFB_OVPL = 1.423V
• VREF = 1,21V

Boost -styrenheten växlar till felåtervinningsläge och ställer in BSTOVPH_STATUS bit när boost ovp_high -nivån har uppnåtts. Följande ekvation används för att bestämma boost OVP-högspänningströskeln, som likaledes varierar dynamiskt med nuvarande boostspänning: