부스트, 벅, 벅-부스트가 모두 가능한 범용성 뛰어난 LED 드라이버 IC
2019년 07월 20일
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부스트, 벅, 벅-부스트가 모두 가능한
범용성 뛰어난 LED 드라이버 IC


글 / 빅터 카시예프(Victor Khasiev)
선임 애플리케이션 엔지니어, 아나로그디바이스(Analog Devices)

LTM8042는 최대 1A 전류와 3000:1의 디밍 비율을 필요로 하는 LED를 지원할 수 있는 μModule® LED 드라이버 제품이다. 3V~30V의 입력 전압 범위와 250kHz~2MHz의 넓은 주파수 범위로 동작하므로 스캐너, 자동차 조명, 항공기 조명 같은 다양한 애플리케이션에 사용할 수 있다.

LTM8042를 특정한 애플리케이션 요구에 따라서 부스트, 벅, 벅-부스트의 세 가지 토폴로지로 손쉽게 구성할 수 있다. 입력 전압은 낮고 스트링 전압은 높다면 부스트 토폴로지가 적합하고, 입력 전압은 높고 스트링 전압은 낮다면 벅 토폴로지가 적합하다. 벅-부스트 토폴로지는 입력 전압이 LED 스트링보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있는 경우에 사용하기에 적합하다. 이 글에서는 각 토폴로지에 대해서 살펴보고 적합한 토폴로지를 어떻게 선택하는지 설명한다.

부스트 LED 드라이버
LED 드라이버로 가장 흔히 사용되는 토폴로지는 부스트 애플리케이션이다. LED 어레이를 12V 입력 레일로 구동하는 예를 들 수 있다. 이 구성은 VIN < VF이다. 그림 1은 LTM8042를 사용한 부스트 솔루션이고, 그림 2는 내부 블록 다이어그램이다. 입력 전압은 BSTIN/BKLED- 단자로 연결하고, LED 스트링 캐소드는 GND로 연결한다. 트랜지스터 Q가 턴온 하면, 인덕터 L로 전류가 구축된다. Q가 턴오프 하면 L 상의 전압이 극성을 전환하고 인덕터 전류가 출력 필터 커패시터 C2로 흐르기 시작한다. LED 디밍은 PWM 기능을 사용해서 이루어진다. PWM 기능이 듀티 사이클을 제어하며, 부가적으로 평균 LED 전류를 설정할 수 있다(저항 RCTL 사용). 커패시터 C1은 입력 전압 필터이다.

그림 1: LTM8042를 사용해서 4개 LED 구동, VIN = 5.75V~10.25V, IOUT = 0.5A

그림 2: 부스트 구성일 때 LTM8042의 내부 블록 다이어그램


벅 LED 드라이버

벅 토폴로지는 자동차나 산업용 24V 레일 같이 비교적 높은 입력 전압일 때 사용하기 적합하다. 그림 3은 VIN > VF 구성일 때의 블록 다이어그램을 보여준다. 입력 전압을 BSTOUT/BKIN 단자로 연결하고, LED 캐소드를 BSTIN/BKLED- 단자로 연결한다. 트랜지스터 Q가 턴온 하면 입력으로부터 전류가 LED 스트링과 인덕터 L을 거쳐서 GND로 흐른다. Q가 턴오프 하면 L 상의 전압이 극성을 전환하고 다이오드 D가 포워드 바이어싱을 해서 LED 캐소드를 입력 전압보다 낮게 끌어내린다. 그렇게 해서 LED 스트링으로 정해진 값의 전류를 제공한다. C5는 출력 필터의 역할을 한다.

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그림 3: 벅 구성일 때 LTM8042의 내부 블록 다이어그램


벅-부스트 LED 드라이버
배터리나 태양광으로 구동되는 많은 애플리케이션은 입력 전압이 넓은 범위로 변동적일 수 있다. 이러한 경우에는 그림 4에서 보는 것과 같은 벅-부스트 토폴로지가 적합하다. 이 구성은 입력 전압과 LED 캐소드를 BSTIN/BKLED- 단자로 연결한다. 트랜지스터 Q가 턴온 하면 인덕터 L로 전류가 구축된다. Q가 턴오프 하면 L 상의 전압이 극성을 전환해서 다이오드 D를 포워드 바이어싱 한다. 그러면 전압이 입력보다 높게 상승한다. PWM이 LED와 C5로 정해진 전류 값을 유지하고, C2는
출력 필터로서 역할을 한다. LED 스트링 전압 VF는 VIN보다 낮을 수도 있고 높을 수도 있다.

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그림 4: 벅-부스트 구성일 때 LTM8042의 내부 블록 다이어그램


테스트 결과
이들 3개 토폴로지를 LTM8042를 기반으로 한 DC1511 데모 회로에서 동일한 LED 스트링, 출력 전류, 스위칭 주파수를 사용해서 테스트했다. 3가지 구성 모두로 바이어스 전력 소모가 동일하도록 VCC 역시 그림 1에서 보는 동일한 것을 사용했다. 대부분의 경우에 VCC 핀을 VIN으로 연결할 수 있다. 그림 5는 결과적인 효율 곡선을 보여준다. 또한 모든 3개 토폴로지를 LTspice® 환경으로 모델링했다. LTM8042에 관련된 시뮬레이션 파일은 데이터 시트에서 확인할 수 있다.

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그림 5: 부스트, 벅, 벅-부스트 구성일 때 LTM8042의 효율


맺음말
LTM8042는 범용성과 효율이 우수한 LED 드라이버로서 넓은 입력 전압 범위로 동작하고 최대 1A LED 스트링 전류를 제공할 수 있다. 다양한 애플리케이션 요구에 따라서 LTM8042를 부스트, 벅, 벅-부스트 드라이버로 손쉽게 구성할 수 있다.

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저자 소개
빅터 카시예프(Victor Khasiev)는 아나로그디바이스의 선임 애플리케이션 엔지니어로 ac-dc 및 dc-dc 변환 용의 전원 반도체 제품과 관련한 풍부한 경험을 가지고 있다. 또한 효율적인 역률 교정 솔루션과 최신 게이트 드라이버와 관련된 두 개의 특허를 보유하고 있다.
이메일: victor.khasiev@analog.com

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