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Driver de LED abaisseur synchrone 60 V de forte intensité

Par   23 octobre 2013

Par Hua (Walker) Bai, Ingénieur d’applications, Power Products, Linear Technology Corp.

Introduction
Le sens du terme « LED haute puissance » évolue rapidement. Alors qu’une LED 350 mA pouvait être facilement considérée de « haute puissance » il y peu d’années, elle ne fait pas le poids face aux LED 20 A ou aux diodes laser 40 A d’aujourd’hui. Les LED haute puissance sont maintenant utilisées dans les projecteurs DLP, les équipements chirurgicaux, l’éclairage des spectacles, l’éclairage automobile et d’autres applications qui utilisaient traditionnellement des lampes à forte intensité. Pour répondre à la demande d’intensité d’illumination de ces applications, des LED haute puissance sont souvent montées en série. Le problème est que plusieurs LED connectées en série nécessitent un circuit driver haute tension. La conception d’un driver de LED se complique encore avec les applications qui nécessitent une réponse en courant de LED rapide aux signaux des variateurs PWM.
Le LT3763 est un convertisseur continu/continu abaisseur synchrone 60 V conçu pour réguler avec précision un courant de LED jusqu’à 20 A avec une variation PWM rapide. C’est une version haute tension de plus que son prédécesseur, le LT3743. Il peut être utilisé dans de nombreuses autres applications grâce à ses trois boucles de régulation supplémentaires :

1) Une boucle de régulation de tension de sortie permet un fonctionnement à tension de sortie constante. Ceci peut être utilisé pour assurer une protection en cas de LED ouverte ou comme terminaison de charge d’un de chargeur de batterie.
2) Une deuxième boucle de régulation de courant peut être utilisée pour établir une limitation du courant d’entrée.
3) Une boucle de régulation de tension d’entrée peut être utilisée pour un suivi de puissance maximum (MPPT) dans les applications alimentées par panneaux solaires.

Un driver de LED 10 A optimisé, entrée 48 V à sortie 35 V, pour le meilleur rendement

Figure 1

Figure 1

La figure 1 montre une conception qui fournit une puissance de sortie de 350 W pour commander jusqu’à sept LEDs en série à partir d’une source 48 V. À ce niveau de puissance, l’énergie dissipée est un problème important et un rendement élevé est donc essentiel. Chaque amélioration de 1 % du rendement réduit les pertes de 3,5 W, ce qui est important si les pertes maximum autorisées sont inférieures à 7 W. Ce circuit est optimisé pour fonctionner avec un rendement de

Figure 2

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98,2 % à pleine charge. La figure 2 montre que le rendement atteint 98 % lorsque le courant de LED est supérieur à 3 A et culmine à 98,2 % lorsque le courant est d’environ 6 A.

À des tensions élevées, les pertes de commutation des MOSFET et de l’inductance dépassent les pertes de conduction. La fréquence de découpage est réglée à 200 kHz pour minimiser les pertes de commutation tout en conservant une solution de petite taille. Fonctionnant à pleine charge, le point chaud du circuit est atteint sur le MOSFET supérieur, dont la hausse de température est de moins de 50 °C, une plage de températures confortable pour les MOSFET.

Un driver de LED 10 A, entrée 36 V à sortie 20 V, avec variation PWM la plus rapide

Figure 3

Figure 3

La variation PWM d’intensité de LED est la méthode standard de variateur pour les applications d’éclairage de haute performance et de haute puissance. Une réponse rapide du courant de LED à un signal PWM est importante dans les applications de production d’images comme les projecteurs DLP. La figure 3 montre le LT3763 dans une application optimisée pour un variateur PWM rapide de LED.
Pour obtenir une réponse rapide du courant de LED au signal PWM, le LT3763 comporte de nombreuses fonctions innovatrices. Pour une tension d’entrée donnée, plus l’inductance est faible, plus le courant dans l’inductance va croître rapidement, ce qui se traduit par une réponse plus rapide du courant de LED. Ce circuit ne met que quelques

Fig 4

Fig 4

microsecondes pour passer d’un courant nul à un courant de LED maximum lorsqu’un signal PWM est activé. La figure 4 montre la performance d’une application de variateur PWM. Le rendement est de 97 % à pleine charge.

Chargeur de batterie alimenté par panneau solaire
Le LT3763 peut aussi réguler sa tension d’entrée en ajustant son courant de sortie. Ceci est utile pour les applications qui doivent suivre la puissance d’entrée crête comme dans un chargeur de batterie alimenté par panneau solaire.
Chaque panneau solaire a un point de puissance de sortie maximum qui dépend de l’éclairement du panneau, de la tension et du courant de sortie du panneau. En général, la puissance maximum est obtenue en maintenant la tension du panneau dans une plage étroite, en réduisant le courant de sortie quand c’est nécessaire pour éviter que la tension du panneau ne sorte de cette plage. Ceci est appelé le suivi de point de puissance maximum (MPPT).
La boucle de régulation de tension d’entrée du LT3763 maintient la tension du panneau dans la plage du point de puissance maximum en ajustant le courant de sortie. Le fonctionnement à courant constant et tension constante (CCCV) et la fonction C/10 font de ce composant un choix idéal pour les applications de chargeur de batterie.

Conclusion
Le LT3763 est un contrôleur driver de LED abaisseur synchrone 60 V à courant élevé qui peut être utilisé pour commander les nouvelles LED haute puissance, avec une réponse rapide aux variations PWM si nécessaire. Le LT3763 n’est pas limité aux applications de driver de LED, grâce à ses trois boucles de régulation supplémentaires de tension et de courant et à de nombreuses fonctions performantes.
Figure 1. Entrée 48 V vers sortie 35 V, 10 A

Figure 2. Rendement du circuit à entrée 48 V vers sortie 35 V

Figure 3. Entrée 36 V vers sortie 20 V, 10 A

Figure 4. Performance de variation PWM du circuit de la figure 3

Source: zellercom.com