중간 전력(1W∼4W)의 LED 스트링을 이용하는 애플리케이션이 증가하면서 초소형, 고효율, 고성능인 LED 드라이버의 수요가 높아지고 있다. 여기서는 45V, 750mA 전원 스위치, 낮은 누설의 쇼트키 다이오드, 보상 부품을 비롯해 다수의 필수 부품들을 통합한 리니어 테크놀로지의 4W LED 드라이버에 대해 살펴본다.

리니어 테크놀로지의 LED 드라이버(LT3519)는 여러 가지 필요한 부품들이 통합되어 있어 LCD 디스플레이, 자동차, 항공 애플리케이션, 건축 및 산업용 조명, 휴대용 프로젝션 및 스캐너를 비롯하여 다양한 종류의 애플리케이션 요구를 만족시킨다.
드라이버는 16핀 MSOP 패키지에 정밀한 LED 전류 레귤레이션, 작은 크기, 높은 효율, 휘도 제어를 위한 PWM 및 아날로그 디밍, 오류 검출 기능이 있으며 LED 스트링이 끊어졌을 때 회로를 보호(Open LED Protection)하는 기능을 제공한다.

그림 1. 12VIN에서 89% 효율을 갖는 4W 부스트 LED 드라이버

간편한 레이아웃 … 전원 스위치, 보상 부품,  쇼트키 다이오드 내장

이 LED 드라이버는 내장형 750mA 45V 피크 전원 스위치, 보상 부품 및 낮은 누설의 쇼트키 다이오드를 통합하고 있어 간편하면서도 작은 설계를 구현할 수 있다. 이와 같이 높은 통합 수준임에도 디바이스는 부스트, SEPIC, 벅 모드 또는 벅-부스트 모드를 포함하여 다양한 종류의 토폴로지에 이용할 수 있다.
또한 활용성을 극대화하기 위해 쇼트키 다이오드의 애노드(ANODE)와 내부 전원 스위치 이미터(SW) 핀이 개별적으로 핀 아웃되어 있어, SEPIC 커플링 커패시터를 그 중간에 삽입할 수 있다.
위에서 언급한 모든 토폴로지에서 2.2㎌∼4.7㎌ 출력 커패시터에 정합하는 내부 보상 부품이 선택된다. 통합된 보상 네트워크는 전류 모드 제어와 결합되어 빠르고 안정적인 과도 응답을 제공한다.
또한 디바이스에는 /OPENLED 검출 및 오류 보고 기능이 포함되어 있다. 오류 시 개방 컬렉터 /OPENLED 출력 핀을 선언하는 데 개방 LED 스트링과 작은 풀업 저항만 필요할 경우, 간단한 저항 분배를 통해 과전압 보호 출력 전압을 설정할 수 있다.

4W 부스트 LED 드라이버

그림 1의 간단한 부스트 LED 드라이버는 자동차 입력 전압 범위로부터 100mA에서 최대 38V의 LED를 구동할 수 있다.
400kHz의 스위칭 주파수는 자동차, 항공, 산업 솔루션에 공통적으로 사용되며, 이 주파수 대역은 AM 방송 대역의 주파수를 피하면서 고효율, 소형 인덕터 및 커패시터 크기, 높은 PWM 디밍 성능을 구현한다.
약 750mA의 포화 전류 정격을 가진 소형 인덕터, 서너 개의 세라믹 커패시터, 그리고 몇 개의 초소형 저항이 설계를 완성하는 데 필요한 전부이다.

그림 2. 통합된 PWM 디밍은 120Hz에서 1000 : 1 디밍을 제공한다

그림 3. 단락 회로 보호 기능을 제공하는 SEPIC LED 드라이버

그림 2에 나타난 바와 같이, 통합된 LT3519 PWM 디밍 구조와 매우 낮은 누설의 내부 쇼트키 다이오드를 이용할 경우, 초소형 PWM 디밍 MOSFET을 사용해 120Hz에서 1000:1 이상의 PWM 디밍을 제공할 수 있다.
120Hz에서 1000 : 1이라는 디밍 비는 400kHz 스위칭 레귤레이터에서 이례적으로 높은 수준이다. 일반적으로 높은 스위칭 주파수는 높은 PWM 디밍 비에 대응하므로, 높은 주파수 드라이버를 선택해 디밍 비를 증대시키는 경향이 있다. 그러나, 이러한 경우 AM 대역을 피한다는 것은 2MHz로 오른다는 것을 의미하므로, 그 결과 최대 듀티 사이클과 효율이 낮아진다.
LT3519의 400kHz 스위칭 주파수는 2MHz 컨버터가 달성할 수 없는 높은 듀티 사이클을 제공해 38VLED로 최저 6VIN까지 동작할 수 있으며, 12VIN에서 89%의 높은 효율을 갖는다. PWM 디밍이 필요하지 않은 경우, 간단한 휘도 제어를 위해 MOSFET M1을 제거하고 아날로그 디밍(CTRL) 핀을 사용해 레귤레이트된 LED 전류를 100mA 아래로 조정할 수 있다.

2.4W SEPIC LED 드라이버

LED 스트링 전압이 입력 레일 전압 범위 내에 있는 경우 SEPIC 토폴로지가 요구된다. SEPIC은 높은 PWM 디밍 비와 단락 회로 보호를 제공한다. 그림 3의 SEPIC은 4V∼24V 입력 범위로부터 150mA에서 16V의 LED를 구동한다.
통합된 캐치 다이오드의 애노드(ANODE)는 NPN 전원 스위치 이미터(SW)와 독립적인 핀에 제공되므로, 커플링 커패시터를 그 중간에 쉽게 삽입할 수 있다. SW 핀에 나타나는 최대 전압은 입력 전압과 출력 전압을 합한 값보다 약간 높다. 따라서 45V 750mA 내장형 전원 스위치는 이러한 규격과 일치한다.

400kHz의 LT3519는 PWM 디밍, 과전압 보호 및 /OPENLED 오류 검출 기능을 갖추고 있어 자동차, 항공, 산업 및 기타 LED 드라이버 애플리케이션에서 작고 단순하며 효율적인 선택을 가능하게 한다.

Keith Szolusha / Linear Technology Corporation