高出力照明のためのLEDドライバー選択

この高出力LEDパネルは、安定した電力出力を提供するためのLEDドライバ回路が必要です。

LEDをいじったり、ブレッドボードの電源や電池で駆動させたりしたことをいつも覚えています。小さなLEDを低電圧/電流で駆動する場合、どんな電源でも駆動できます。しかし、高出力のLED、特に白色LEDの場合、システム内の各LEDに安定した電流と電圧がかかるように、より洗練された調整が必要です。

複数のコンポーネントからのフィードバックで手動でレギュレータを構築することもできますが、システムを制御するためにLEDドライバを使用する方がはるかに簡単です。これらのコンポーネントは、高効率でLEDにDC電力を供給するように特別に設計されています。次の高出力照明システム用のLEDドライバを選択するためのヒントと、市場で見つかる例示コンポーネントをここに紹介します。

なぜLEDドライバを使用するのか？

LEDドライバは、調整可能な電流（電圧）で一定の電圧（電流）を供給するように特別に設計された統合電力レギュレータと考えてください。高出力照明システムの場合、LEDの電力出力を制御するためにLEDドライバを統合できます。上流のレギュレータ段階は、高入力電圧（通常はACメインまたは高DC電圧）をより低いDCレベルに変換します。

LEDドライバからの電力出力を調整することで、LEDの明るさを調整できます。高出力LEDドライバは通常、基板への熱放散のための露出パッドを備えた表面実装コンポーネントとして提供されます。調光制御のために、一部のLEDドライバはI/Oポートを使用して内部的にプログラム可能であり、他のものは電力出力を制御するためにMOSFETドライバ上でPWM調光を使用します（スイッチングレギュレータに似ています）。

PWM調光

LEDの明るさを調整するための人気の方法は、PWM信号を使用することです。下の図は、MCUを使用してPWM調光を行う方法を示しています。この例では、出力MOSFETの50 kOhm抵抗がフィードバックループを作成し、下流のLEDに高電圧/電流出力を提供します。この配置では、並列に接続された白色LEDを見ていますが、一般的には直列実装もあります。MCUを使用すると、PWMデューティサイクルを調整することで、ユーザーが電力出力を制御できます。これは、センサー読み取り（例えば、温度センサー）に基づいて、またはユーザーからの入力を使用して行うことができます。

MCUからのPWM信号で並列LEDストランドを駆動する例。

この例では、LEDドライバは並列電流レギュレータのように機能し、PWM信号とMOSFETがスイッチング周波数での順方向電圧近くでLEDをオン/オフします。その後、PWM信号のデューティサイクルに比例して平均電力が線形になります。スイッチング中に過駆動を防ぐために、各脚に高出力の電流制限抵抗を追加することもできます（一部のLEDモジュールにはこれが含まれています）。

上記の例は、設計者がMCUに複数の電力設定をプログラムできるため非常に有用です。また、このアプリケーションに高価なMCUは必要ありません。私は最近、シンプルな8ビットのATTiny MCUを使用し、複数のPWM設定をEEPROMに格納し、それをユーザーがプッシュボタンで切り替えることができました。

出力電力をどのように最適に制御し、必要に応じて調光を提供するかを決定したら、照明システムに必要な電力を供給するドライバーを選択する時です。

LEDドライバーの選択のヒント

LEDドライバーには、標準の電力レギュレーターを模倣するさまざまなトポロジーがありますが、プログラム可能性、調整のための電流センスフィードバック、温度感知などの機能が含まれている場合があります。高出力LEDドライバーの場合、考慮すべき重要な仕様は以下の通りです。

• 出力電圧と電流。 LEDを点灯させるためには、出力電力がダイオードの順方向電圧および順方向電流以上である必要があります。一部のLEDドライバーは、特定の電流で順方向DC電圧以上を出力するバックまたはブーストコンバーターのように動作し、望ましい出力電力を提供します。

• 直列対並列出力。 小型のLEDドライバーは、高電圧と固定電流の単一出力のみを持つことがあり、これによりLEDのストランドを直列に駆動できます。複数の出力を持つLEDドライバー（上記参照）は、一般的に並列使用を目的としています。

• 統合されたPWM対外部PWM。 一部のLEDドライバーにはPWMジェネレーターが含まれ、信号を直接MOSFETに供給します。

• 電力効率。 高出力システムでは、これは熱として失われる電力の量を決定する重要な点です。

上記の2番目のポイントに関しては、複数のLEDストランドを並列に出力することが常に可能であり、各ストランドには複数のLEDストランドが直列に含まれています。出力される総順方向電圧と電流に注意してください。これにより、照明システムで使用できる直列/並列ストランドの数が決まります。

これは、高出力照明システムで使用できるLEDドライバーの例です。

NXP Semiconductors, SSL5015TE

NXP SemiconductorsのSSL5015TE LEDドライバーは、整流されたACメインに接続する照明システム用の市場で最も新しい高電圧/低電流LEDドライバーの一つです。このコンポーネントには、最大300Vおよび2Aの高電圧出力用の内部レギュレーターとJFETが含まれています。また、熱保護用のNTCサーミスター用のピンが含まれているか、このピンは外部PWM信号とともに使用して出力電流を切り替え、調光を提供することができます。出力電圧が非常に高いため、このドライバーは直列に必要な低順方向電流のLEDストランドに最適です。以下のアプリケーション図は、このコンポーネントを使用した典型的なLEDドライバー回路を示しています。

アプリケーションの例の図、SSL5015TEデータシートより。

Diodes Inc., AL8843QSP

Diodes Inc.のAL8843QSP LEDドライバーは、自動車照明用に定格されたDC-DCバックモードLEDドライバーです。このコンポーネントは4.5から40 Vの入力を受け入れ、統合されたMOSFETを使用して最大3 A（97%効率）の出力が可能です。ディミングは外部DC信号またはCTRLピン上のPWM信号（最大1 MHz）で制御できます。このコンポーネントには、高出力LED用の短絡保護も含まれています。

直列LED用のアプリケーション回路、AL8843QSPデータシートより。

Analog Devices, LT3744

Analog DevicesのLT3744 LEDドライバー（Linear Technology）は、中程度の電圧（36 V）と高電流出力（20 A DC、40 Aパルス）を提供します。これらの出力レベルは、高出力LEDの混合直列/並列ストランドに対する一つの選択肢となります。ディミングは3つの外部PWM信号の組み合わせを通じて制御され、それが外部の高出力MOSFETに供給されます。また、小規模および大規模な照明システムに柔軟に対応できる広い入力電圧範囲（3.3 Vから36 V）を受け入れます。

プロジェクター用LEDドライバーアプリケーション回路とPWMディミング制御を示すグラフ、LT3744データシートより。

高出力照明システムを設計する際には、安定した電力出力と安全性を確保するために、LEDドライバー、FET、および受動部品を選択する必要があります。次の高出力照明システム用のコンポーネントを探しているときは、Octopartのコンポーネント検索とフィルターを試してみてください。

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