ZHCAF14 February 2025 CSD19538Q3A , LM25148 , MSP430FR2355 , TLV5624
2.1 使用線性恒流源驅(qū)動(dòng) LED
第一種通過模擬調(diào)光功能驅(qū)動(dòng) LED 的方法是使用可調(diào)恒流源。圖 2-1 展示了原理圖。MOSFET (CSD19536KTT)、放大器 (OPA863A) 和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) (DAC60501) 包含一個(gè)可調(diào)節(jié)的恒流吸收器。LED 電流等于 CSD19536 的 D 極電流，因?yàn)?R1 和 R2 的總和比感應(yīng)電阻器 (RS) 大得多。方程式 1 顯示了 DAC60501 的輸出電壓和 LED 電流之間的函數(shù)。
其中
- RS 是檢測電阻
- VDAC 是 DAC 的輸出電壓
- R1 和 R2 是分壓電阻
MOSFET 在線性范圍內(nèi)運(yùn)行，可能會(huì)消耗大量功率，從而導(dǎo)致系統(tǒng)效率較低。要解決該問題，設(shè)計(jì)人員需要使用另一個(gè) DAC60501 來調(diào)節(jié)降壓穩(wěn)壓器 (TLVM13610) 的輸出電壓，使 MOSFET 保持線性模式運(yùn)行，但要關(guān)閉導(dǎo)通模式（比導(dǎo)通壓降大約高 100mV 至 200mV）。在這些條件下，設(shè)計(jì)人員能夠以低功耗保持系統(tǒng)高效率，從而實(shí)現(xiàn)低溫升。方程式 2 展示了降壓穩(wěn)壓器的輸出電壓與 DAC60501 的輸出電壓之間的函數(shù)。
其中
- RT 是頂部電阻
- RB 是底部電阻
- RC 是與 DAC 串聯(lián)的電阻
- VREF 是降壓穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓
- VDAC 是 DAC 輸出電壓
圖 2-1 使用可調(diào)恒流吸收器實(shí)現(xiàn) LED 模擬調(diào)光有時(shí)，LED 電流非常大，DAC 只能使用部分范圍。例如，假設(shè)最大 LED 電流為 20A，檢測電阻為 20mΩ。檢測電壓則為 0.4V，設(shè)計(jì)人員需要使用 8W 檢測電阻。這會(huì)導(dǎo)致 DAC 的最大輸出為 0.4V；因此，DAC 只能使用部分范圍，從而導(dǎo)致分辨率較低。第二個(gè)問題是檢測電阻的功耗較大，并且封裝尺寸較大。
要解決大電流 LED 應(yīng)用中的這兩個(gè)問題，請考慮進(jìn)行以下更改：
- 使用較小的檢測電阻（例如 2mΩ 的較小電阻值），功耗將變?yōu)?0.8W，最大檢測電壓為 0.04V。
- 要擴(kuò)展 DAC 輸出范圍，插入一個(gè)增益為 100 的電流檢測放大器（例如 INA241A）（請參閱 圖 2-2）。這會(huì)將 DAC 輸出從 0.04V 擴(kuò)展到 4V 并提高系統(tǒng)分辨率，因?yàn)?INA241A 是一款失調(diào)電壓為 10μV 的精密電流檢測放大器，是該應(yīng)用的理想選擇。
- 使用 MSPM0L1228 作為控制器來配置兩個(gè) DAC60501 器件，使其具有 SPI 或 IIC 接口
- 使用具有最大 40A 輸出電流的 TPS548D26 降壓穩(wěn)壓器。
通過上文提到的方案，設(shè)計(jì)人員可以輕松獲得具有 DAC 輸出電壓的 LED 電流，如 方程式 3 所示。
其中
- GINA241A 是 INA241 的增益
- RS 是檢測電阻
- R1 和 R2 是分壓電阻
圖 2-2 大電流 LED 模擬調(diào)光此設(shè)計(jì)受益于以下事實(shí)：可以使用模擬方法或在 PWM 模式下降低 LED 亮度。在模擬調(diào)光模式下，此設(shè)計(jì)具有優(yōu)異的線性度。在 PWM 調(diào)光模式下，如果設(shè)計(jì)人員用高速放大器和高速 DAC 替換 OPA863A，則可以通過高 PWM 頻率將該設(shè)計(jì)調(diào)光到若干 MHz。實(shí)際上，該方案可以生成任何所需的 LED 驅(qū)動(dòng)電流波形。缺點(diǎn)包括成本增加和 PCB 占用空間較大。