ナビを呼ぶ
メニュー
close
カート 0
カート

  • カート

  • 商品の比較
EN
詳細検索
検索
検索
code is temp removed to debug

AN191 - NTCによるMPQ7200のLED電流ディレーティングの調整方法

アプリケーションノート

PDF版をダウンロード

役立つ情報を毎月お届けします

購読する

プライバシーを尊重します


概要

MPQ7200は、42V、1.2Aの昇降圧または3Aの降圧、同期整流式LEDドライバであり、AEC-Q100の認定済みです。MPQ7200は、自動車のヘッドライト、昼間走行灯 (DRL)、方向指示灯、テールランプなどのアプリケーションをサポートします。通常、ヘッドライトには10W～15WのLED電力を使っています。一部の設計では、LEDとMPQ7200が共通のPCBを共有しているため、費用対効果が高くなります。ただし、LED電力はPCBを熱して、MPQ7200のダイ温度を上昇させます。

本アプリケーションノートの目標は、最大光強度でMPQ7200の最大動作温度を上げ、高いダイ温度によるサーマルシャットダウンを防ぐことです。MPQ7200が特定の周囲温度 (TAMBIENT) を超えると、LED電流と可視光電力は自動的に減少します。MPQ7200は、外部の負温度係数 (NTC) 抵抗を使用してPCB温度を測定します。

本アプリケーションノートでは、TAMBIENTが50℃を超える場合にLED電流を低減する車のヘッドライトの使用方法について説明します。

はじめに

MPQ7200は、パワーMOSFETを統合した高周波、定電流、昇降圧LEDドライバです。広い入力電源範囲にわたってすぐれたロードレギュレーションとラインレギュレーションを備え、最大1.2Aの連続出力電流 (IOUT) を実現する非常にコンパクトなソリューションを提供します。MPQ7200は、降圧モード用にも設定可能で、最大3Aの一定の負荷電流を提供します。

定周波数ヒステリシス制御は、ループ補償なしで非常に高速な過渡応答を提供します。スイッチング周波数 (fSW) は、降圧モードで最大2.3MHzに固定可能で、電流リップルを低減し、電磁障害を改善します。また、1.15MHzまで低く設定も可能で、昇降圧モードの効率と熱性能を最適化できます。

完全な保護機能には、過電流保護 (OCP)、出力過電圧保護 (OVP)、低電圧保護 (UVP)、熱劣化 (TD)、サーマルシャットダウン (TSD) が含まれます。故障状態が発生した場合、障害インジケータはアクティブロジックロー信号を出力します。

MPQ7200は、すぐに利用できる標準の外付け部品を最小限の数に抑え、超小型のQFN-19 (3mm x 4mm) パッケージで提供されます。

アプリケーションには、自動車のヘッドライト、方向指示灯、フォグランプ、テールランプ、昼間走行灯 (DRL)、バッテリ駆動の懐中電灯、乗り物用ライトなどがあります。

評価ボード

EVQ7200-L-00AとEVQ7200-L-00Bは、MPQ7200の降圧モードと昇降圧モードの機能をそれぞれ実証するために設計された評価ボードです。

本アプリケーションノートでは、MPQ7200の負温度係数 (NTC) の熱ディレーティングについて説明します。MPQ7200は、1.15MHz fSWの昇降圧モードで動作します。MPQ7200には、より低いfSW値 (昇降圧モードと昇圧モードでは410kHz) および異なるNTC熱ディレーティングレベルをもつ異なる型 (MPQ7200A) もあります。NTC温度ディレーティングの選択の詳細については、MPQ7200またはMPQ7200Aのデータシートをご参照ください。

図1に、EVQ7200-L-00Aの評価ボードを示します。5ページの図1と図2は、降圧モードと昇降圧モードのレイアウトの違いを示しています。特に、降圧モードでは必要な受動素子が少なくなります。

図1 : EVQ7200-L-00A評価ボード (降圧モード)

ボード型番 MPS IC型番
EVQ7200-L-00A MPQ7200GLE-AEC1

図2に、 EVQ7200-L-00Bの評価ボードを示します。

図2 : EVQ7200-L-00B評価ボード (昇降圧モード)

ボード型番 MPS IC型番
EVQ7200-L-00B MPQ7200GLE-AEC1

測定用セットアップ

図3は、NTC 温度調光ディレーティングを調整するための測定用セットアップを示しています。

図3 : MPQ7200の NTC温度調光ディレーティング測定用セットアップ

5ページの図3のテスト機器について、以下でさらに詳しく説明します。

  • MPSの効率計 (A) : 効率計は、IC入力電圧 (VIN_IC)、PCB入力電流 (IIN)、およびLED電圧 (VLED)、およびLED電流 (ILED)に対する4線式の電圧と電流測定を使用して、MPQ7200の正確な電力損失と効率の測定をするため、MPSによって作られました。
  • 電圧計 (B) : 電圧計は、PCB入力端子の入力電圧 (VIN_PCB) 電圧計は、PCB入力端子の入力電圧VIN_PCB = 13.5Vです。
  • PCB用熱電対温度計 (C) : PCB のオンボードNTC抵抗 (RNTC) は、PCB温度を測定するMPQ7200のLED電流ディレーティングの温度信号です。RNTCの上に接着された外付けNTC抵抗器は、RNTC温度を測定します。外付けNTC抵抗器の温度 (TNTC) はマルチメーターによって読み取られます。
  • IC用熱電対温度計 (D) : ICの熱電対は、MPQ7200パッケージ (TIC) 上部の温度を測定します。外部熱電対を使用して、シリコンダイの温度を完全な精度で測定することはできません。ただし、小型の熱電対を使用する場合、測定誤差は無視できます。パッケージの最上部は薄いプラスチック層で構成されているため、シリコンと熱電対の間の温度差はわずか数ケルビンです。

図4は、2つの異なるKタイプ熱電対を示しています。左にある熱電対は、細いワイヤのKeysight TCK-401301-SEで、熱伝導性接着剤を使用して小さな物体をPCBに接着する場合にお勧めします。右の熱電対は汎用タイプで線が太いため、小さい物への接着にはお勧めできません。

熱電対ワイヤは金属でできており、特定のポイントから人工気候室の内部と外部環境へ熱を伝達します。この熱伝達により測定誤差が生じ、具体的には測定温度が対象物の実際の温度よりも低くなります。測定誤差を減らすには、細いワイヤの熱電対を使用し、加熱された室内に熱的に絶縁された長いワイヤを配置します。

図4 : Kタイプ熱電対

  • 電源 (E) : 電源はVIN_PCBに電力を供給します。被試験デバイス (DUT) のPCBにはオンボードEMCフィルタがあり、その後に逆極性保護用のショットキーダイオードが続きます。VIN_PCBはEMCフィルタの入力で測定され、VIN_ICはショットキーダイオードの出力で測定されます。
  • 外部トリマポテンショメータ (RPARALLEL) (F) : 人工気候室の外に置くと、RPARALLELはPCB表面実装技術 (SMT) 抵抗器の代わりになり、NTC熱調光ディレーティング開始点を目的の周囲温度 (TAMBIENT、約50°C) に設定します。

7ページの図5は、RPARALLELの実験用セットアップを示しています。実験を通じて、正しいRNTCと並列に配置するRPARALLELを見つけることができます。

図5 : RPARALLELは開始時のNTC温度ディレーティングをTAMBIENT = 50°Cに調整

  • オシロスコープ (G) (ILEDとピン19のVNTC (VNTC2) ) : Gは、VNTC2の方形波の最上部振幅を正確に測定します。最上部振幅は、アナログNTC温度ディレーティングの温度関連情報を提供します。オシロスコープは、電流プローブによるILEDを測定し、計算してRMS値を表示します。ILED波形特性はオシロスコープでモニタされます。注目すべきことは、効率計はより高い精度でRMS値を測定できることです。
  • DUT用気候室 (H): 気候室はTAMBIENTを制御します。また、段ボール箱の数センチ上に取り付けられたセンサを使用して気温も制御します。

図6は、テストされたPCBを囲む段ボール箱です。これにより、部屋によって引き起こされる空気の流れを妨げます。PCB全体は、シリアル製品と同様に、空気の対流なしでこれらの測定値内で動作します。

図6 : 気候室内の閉じた段ボール箱の下にあるDUT PCB

温度ディレーティングの調整方法

DUTを希望のTAMBIENT (50°C) に設定し、RPARALLELを、最大ILED (ILED_MAX) が標準値の100%から低い値に減少し始めるまで調整します。NTC調光ディレーティングは、比率 (DIMRATIO) またはパーセンテージにとして表わせます。回路図と部品の詳細については、9ページの図7と図8、および図9をご参照ください。

DIMRATIOのパーセンテージは、式 (1) で計算できます :

$$DIM_{RATIO} [\%] = 100 \times \frac {I_{LED MAX}}{I_{LED}}$$

ILED_MAXに基づき、最大RMS ILEDは、 50°CのTAMBIENTでディレーティング開始点を下まわり、そしてILEDはTAMBIENTTで測定されます。

熱電対と抵抗器

このセクションでは、RNTCとRPARALLELL、そしてPCB上の熱電対を含むいくつかの抵抗器について説明します。PCB上のTNTCを検出するために、このアプリケーションは47kΩのRNTC (TNTC= 25°C) および負温度係数を使用します。RNTCをMPQ7200から数センチのところに置きます。RNTCをDIMRATIOに設定します。これはアナログベースのILED電流ディレーティングであり、パルス幅変調 (PWM) に基づくものではありません。

Kタイプ熱電対はRNTCの上に接着されています。熱電対信号は、温度スケールを使用してデジタルマルチメーターで測定されます。2番目のKタイプ熱電対は、MPQ7200の上部パッケージ温度を測定します。図7は、ICパッケージ上の2つのKタイプ熱電対とRNTCの配置を示しています。

図7 : ICパッケージとRNTCへの熱電対の配置

ここで、RPは、TNTC = 25°Cで、RPARALLEL (20.89kΩ) とRNTC (47kΩ) の並列抵抗として定義されます。これらの測定の目的は、実験的なRPARALLELを見つけることです。測定中、RPARALLELは外部トリマで設定します。後期シリーズのPCBでは、RPARALLELは、SMT抵抗として機能します。

図8に抵抗とTNTCの関係を示します。

図8: 特性曲線 (RNTC, RNTC || 20.89kΩ、およびRPARALLEL 対 TNTC)

RNTCは広い非線形抵抗範囲をカバーします。RPARALLELはTA ≥ 50°Cの場合の線形化を改善し、TAMBIENT = 50°Cで目的の調光ディレーティング開始点を設定します。PCBが11WのLED電力によって加熱されるため、TNTCがTAを超えますのでご注意ください。

回路図の温度ディレーティング

図9は、MPQ7200のアナログNTC ILEDディレーティングを調整するために必要な抵抗を示しています。

図9 : NTC温度ディレーティング調整

NTC温度ディレーティング調整の主要部品については、PDFで説明しています。

結論

MPQ7200は、外付け部品数が少なく、BOMコストが低いアプリケーション向けに設計された柔軟なILEDドライバです。これらのデバイスは、ILEDを柔軟に制御するための多数の機能を内蔵しています。

本アプリケーションノートでは、NTC ILEDディレーティングにより、最悪の状況でも使用可能なTA幅が拡大します。この状況は、LED電力が4つのLEDとMPQ7200で構成されるPCBを加熱したときに発生します。4個のLEDの電力損失は、式 (7) で計算できます。

$$4個のLEDの電力損失 = 12.15V \times 0.909A = 11W$$

これは、ICとインダクタンスの電力損失が1.8Wであることを意味します。

NTC温度調光ディレーティングにより、2つの熱源が同じPCBを共有できる費用対効果の高いソリューションが可能になります。

_______________________

興味のある内容でしたか? お役に立つ情報をメールでお届けします。今すぐ登録を!