ST AN2809 Application note

ST AN2809 Application note

AN2809

Application note

6-row / 30-mA LED driver with boost converter for the backlight of LCD panels

Introduction

The LED7706 consists of a high-efficiency monolithic boost converter and six controlled current generators (rows) specifically designed to supply the LED arrays used in the backlights of LCD panels. The device can manage an output voltage of up to 36 V (ten white LEDs per row).

The generators can be externally-programmed to sink up to 30 mA and can be dimmed via a PWM signal (a 1% dimming duty-cycle at 20 kHz can be managed). The device detects and manages the open and shorted LED faults and leaves unused rows floating. Basic protections (output over-voltage, internal MOSFET over-current and thermal shutdown) are provided.

Figure 1. LED7706 demonstration board

February 2009

Rev 2

1/22

www.st.com

Contents

AN2809

 

 

Contents

1

LED7706 main features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 5

 

1.1

Boost section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

 

1.2

Backlight driver section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2

LED7706 demonstration board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

3

Component list . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

4

Components assembly and layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

5

I/O interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

6

Recomended equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

7

Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

7.1 SW1 fixed or adjustable switching frequency (FSW pin) . . . . . . . . . . . . . 10 7.2 SW2 fault management mode (MODE pin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 7.3 SW3 enable function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

8

Test setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

9

Getting started . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

 

9.1

Quick startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

 

9.2

Open and shorted WLEDs fault testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

 

9.3

Device synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

 

9.4

Efficiency measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

10

WLEDs test board . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

11

Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2/22

AN2809

List of figures

 

 

List of figures

Figure 1. LED7706 demonstration board. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Figure 2. LED7706 board schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Figure 3. Top side component placement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Figure 4. Bottom side test points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Figure 5. SW1 (FSW) setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Figure 6. SW2 (MODE) setting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Figure 7. LED7706 demonstration board and white LEDs test board assembly . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 8. LED7706 board test setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Figure 9. LED7706 synchronization setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Figure 10. Efficiency measurements setup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Figure 11. Efficiency vs DIM duty cycle, VIN=12V, 10 white LEDs in series, IOUT = 120mA . . . . . . . . 17 Figure 12. Efficiency vs DIM duty cycle, VIN=24V, 10 white LEDs in series, IOUT = 120mA . . . . . . . . 17 Figure 13. WLEDs test board. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Figure 14. WLEDs test board schematic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

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List of tables

AN2809

 

 

List of tables

Table 1. LED7706 performance summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Table 2. LED7706 component list. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Table 3. LED7706 demonstration board test points description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Table 4. Faults management summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Table 5. Test board jumpers function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Table 6. Test boards switches functions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Table 7. Test board test-points function . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Table 8. Document revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4/22

AN2809

LED7706 - main features

 

 

1 LED7706 - main features

1.1Boost section

4.5- to 36-V input voltage range

Internal power MOSFET

Internal +5 V LDO for device supply

Up to 36-V output voltage

Constant frequency peak current-mode control

200-kHz to 1-MHz adjustable switching frequency

External sync for multi-device application

Pulse-skip power-saving mode at light loads

Programmable soft-start

Programmable OVP protection

Single ceramic output capacitor

Non-latched thermal shutdown

1.2Backlight driver section

Six rows with 30 mA maximum current capability (adjustable)

Up to 10 white LEDs per row

Row disabling option

Less than 500 ns minimum dimming time (1% minimum dimming duty-cycle at 20 kHz dimming frequency)

±2.0% current matching between rows

LED failure (open and short circuit) detection

5/22

LED7706 demonstration board

AN2809

 

 

2 LED7706 demonstration board

The LED7706 demonstration board has been designed to manage six strings of 8 to 10 white LEDs each.

Table 1 summarizes the board features and Figure 2 shows the schematic of the LED7706 demonstration board. The input voltage range is limited to 32 V because of the 35 V rated input capacitor. Extended operating input voltage ranges (up to 36 V) can be achieved by using a 50-V rated MLCC.

Table 1.

LED7706 performance summary

 

 

Parameter

Conditions

Value

 

 

 

Minimum input voltage

 

4.5 V

 

 

 

Maximum input voltage

 

32 V

 

 

 

 

 

Output voltage

 

VIN<VBOOST<36 V

Output OVP threshold

R1 = 510 kΩ, R2 = 16 kΩ

38 V

 

 

 

Internal MOSFET OCP

R7 = 180 kΩ

3.3 A

 

 

 

 

Boost section switching frequency

FSW pin to AVCC

660 kHz

 

 

FSW pin to R5 = 330 kΩ

825 kHz

 

 

 

 

 

Minimum dimming on-time

400 Hz < FDIM < 20 kHz

500 ns

 

 

 

Output current (each row)

R6=51 kΩ

19.6 mA

 

 

 

Output current accuracy

±2.0%

 

 

 

 

 

 

Efficiency

VIN = 12 V, VBOOST = 34 V,

91%

 

FSW = 660 kHz

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2. LED7706 board schematic

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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K

 

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!-V

6/22

AN2809

Component list

 

 

3 Component list

Table 2.

LED7706 component list

 

 

 

 

Qty

Component

Description

Package

Part number

MFR

Value

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C1

Ceramic, 35V, X5R, 20%

SMD 1210

UMK325BJ106KM-T

Taiyo

10µF

 

Yuden

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C2

Ceramic, 50V, X7R, 20%

SMD 1206

GRM31CR71H475KA88B

MURATA

4.7µF

 

 

 

 

 

 

2

 

C3, C4

Ceramic, 50V, X7R, 20%

SMD 1206

N.M.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C5

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0603

 

Standard

1µF

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C6

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0603

 

Standard

100nF

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C7

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0603

 

Standard

3.3nF

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C8

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0603

 

Standard

4.7nF

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C9

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0603

 

Standard

N.M.

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C10

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0402

 

Standard

220pF

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

C11

Ceramic, 25V, X5R, 20%

SMD 0603

 

Standard

4.7nF

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R1

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

510kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R2

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

16kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R3

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

2.4kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R4

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

4.7Ω

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R5

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

330kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R6

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

51kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R7

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

180kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R8

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

680kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

R9, R10

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

100kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

R11

Chip resistor, 0.1W, 1%

SMD 0603

 

Standard

1.2kΩ

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

L1

6µ8, 75mH, 2.7A

6x6mm

LPS6235-682MLC

Coilcraft

6.8µH

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

D1

Schottky, 40V, 1A

DO216-AA

STPS1L40M

ST

STPS1L40M

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

D2

Red LED, 3mA

SMD 0603

 

Standard

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

U1

Integrated circuit

QFN4x4

LED7706

ST

LED7706

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

J2

PCB pad jumper

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

J8

Header 8

SIL 8

 

Standard

 

 

 

 

 

 

 

 

1

SW1, SW2

Jumper 3

SIL 3

 

Standard

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

SW3

Pushbutton

6x6mm

FSM4JSMAT

TYCO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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