Alex_EXE » Повышающий LED драйвер MP3202 с током до 1A

Для питания светодиодов необходим токоограничивающий драйвер. Ранее были рассмотрены понижающие драйверы линейные: LM317, MBI1801, импульсный PT4115.

Step-UP LED драйвер MP3202

В этой статье разберем ещё один драйвер — повышающий на MP3202 от китайской компании MPS (MonolithicPower). Ток микросхемы драйвера до 1.3А, входное напряжение 2.5-6В и выходное до 25В.

Характеристики:

Драйвер оснащён входом управления, который можно использовать для димирования.

Стоимость микросхемы на площадке taobao составляет 7р или 0.62 юаня, не считая доставки. Стоимость актуальна на 2 апреля 2020 года, курс юаня ~11р.

Распиновка

Распиновка микросхемы, корпус sot23-6

Схема

Драйвер имеет простую схему включения. Силовой ключ находится внутри микросхемы. Минимальная обвязка составляет 5 компонентов не считая микросхемы.

Схема

Перечень компонентов

Основу схемы составляет микросхема U1 MP3202 в корпусе SOT23-6. Диод D1 в приведенной схеме MBR0540 в корпусе SOD-123 рассчитан на ток до 0.5А, для больших токов лучше заменить на 1А, например SS14, обратное напряжение диода должно быть выше максимального переключающего драйвера, т.е. выше 30В и одновременно как можно ниже, что бы уменьшить потери на диоде, оптимальным будет 40В. Индуктивность L1 на 10 мкГн с током в 1.5А в SMD корпусе 6.8*6.8мм. Если управление драйвером не требуется, то резистор R1 10-100К в корпусе 0603 можно на этапе проектирования исключить, подключив вход Enabel к Vin. Резисторы R2 и R3 токозадающие, рассчитываются по формуле ниже, в схеме на 1.1 и 1.2Ом в корпусе 1206 рассчитаны на 181мА. Напряжение входного конденсатора C1 4.7мкФ минимум 10В, применён чип-тантал типоразмера B. Напряжение выходного конденсатора C2 2.2мкФ 1206 должно быть минимум 35В. Разъёмы X1 и X3 PLS3, X2 PLS2. Печатная плата односторонняя размером 25х25мм. С обратной стороны размещается только одна перемычка и разъёмы, если не получается их разместить с верхней стороны.

Сборочный рисунок

Получившаяся печатная плата

Печатная плата на фото отличается от приведенной в статье, в ходе испытаний было изменено включение резистора R1, что бы без его установки драйвер был включен.

Расчёт тока

Ток подключенных светодиодов рассчитывается по формуле:

для одного токозадающего резистора и для двух:

Примеры расчёта:

Осциллограммы

Во время подачи питания на выходе драйвера без нагрузки напряжение подскакивает до 29.4В и в течении 300мс опускается до напряжения питания.

Включение без нагрузки

С подключенными светодиодами напряжение возрастает до их рабочего значения за 100-200мкс.

Включение с 6 светодиодами

Хоть напряжение не поднимается выше напряжения питания светодиодов, выходной конденсатор должен быть установлен на напряжение питания не ниже 35В, т.к. в случае обрыва или выхода из строя светодиода на нём напряжение достигнет 29В, что приведет к выходу из строя конденсатора и может привести к его возгоранию.

Пульсации по выходу

Драйвер переключается с частотой примерно 100-300КГц, в зависимости от установленного тока светодиода и протекающего через них напряжения. Замеренная частота переключения драйвера ниже заявленной 1-1.5МГц, но работе его это не мешает. Частота и уровень пульсаций в норме — мерцание светодиодов не будут заметны глазам и стандартной (не высокоскоростной) фото-видео аппаратуре.

Испытания

Испытание производилось на светодиодах LEMWS59T80J201 S630: 160мА 2.9-3.4В 40lm 3800-4200K; и на китайской COB no-name 3Вт сборке: 300мА 9-11В, 250lm нейтрального цвета.

Тестовые светодиоды

Драйвер питался от блока питания с выставленным напряжением 4.2В (кроме одного измерения), что соответствует заряженной одной банки Li-ion аккумулятора. Входные напряжение и ток измерялись по блоку питания, падения на проводах не учитывал, т.к. токи небольшие. Выходной ток измерялся мультиметром, напряжение и его пульсации осциллографом.

Результаты на COB сборке:

Результат на светодиодах. Для них токозадающий резистор установлен только на 1.1Ом.

9 светодиодов с напряжением в 27.4В (у драйвера максимальное заявлено 25В) для этого драйвера будет многовато, это отчетливо видно по пульсациям, к которым добавились дополнительные переходные процессы, что привело к их суммарному существенному росту. Так же драйвер начинает занижать выходной ток, но это скорее всего из-за слабого установленного диода в 0.5А.

На больших токах и критических режимах микросхему не испытывал, т.к. драйвер закладывал под определенные диоды и так же не предусмотрел дополнительный теплоотвод от выводов микросхемы.

Дополнительно была проверена возможность диммирования по входу Enable.

Проверка входа диммирования

По документации управляющий PWM сигнал для приведенной схемы должен быть до 1КГц. Для частоты 500Гц светодиодный модуль начинает светиться со скважности от 0.4%, для 1КГц от 0.6%. Диммирование работает корректно.

Попробовал подать 21КГц, модуль начинает светиться от 8.7%, для 30КГц от 12.4%, но такое управление будет являться некорректным. Для частот выше 1КГц производителем предлагается другая схема управления.

Схеми диммирования, для частот выше 1КГц

Вывод

Драйвер показывает нормальную работу в своём рабочем диапазоне напряжений до 25В. КПД более 80% для напряжений до 14В и выходном токе до 200мА. На перегрузки и критические режимы тестирования не проводил, т.к. такой задачи не ставил. Хороший вариант для питания светодиодов средней мощности (токами до 350мА, может по более) от 4.2В Li-ion аккумуляторов и 5В USB.

Скачать архив проекта

Содержимое архива:

Параметры gerber файла: единицы измерения мм, точность 3:3, удалены незначащие нули вначале чисел.

Применение импульсных повышающих преобразователей фирмы National Semiconductor для управления светодиодами — Компоненты и технологии

В статье рассматриваются драйверы светодиодов различной мощности, выпускаемые компанией National Semiconductor [5] и использующие архитектуру импульсных индуктивных повышающих преобразователей (Boost или Step-Up). Дана основная информация о специализированных микросхемах, предназначенных для управления светодиодами, а также типовые схемы включения.

Введение

Менее чем десять лет назад параметры светодиодов, имевшихся в распоряжении разработчиков, значительно уступали параметрам современных светодиодных приборов. Так, например, сила света типовых светодиодов лежала в пределах от 0,02 до 1,5 мкд, что позволяло использовать их главным образом для индикации состояния логических сигналов. Значение прямого тока (I_F) составляло 10, реже 5 или 20 мА, а значение прямого напряжения (V_F) лежало в диапазоне от 2 до 3 В. Это позволяло использовать в качестве светодиодных драйверов микросхемы стандартных логических серий в рекомендованных схемах включения.

В настоящее время приборы с силой света в единицы или даже десятки кандел перестали быть редкостью. Расширилась сфера применения светодиодов. Светодиоды стали рассматриваться как перспективные источники света. Уже сегодня световая отдача светодиодов высокой яркости мощностью 1–5 Вт достигает 50–100 лм/Вт, что превышает светоотдачу ламп накаливания и сравнимо со светоотдачей люминесцентных ламп.

Но, соответственно, изменились и значения других параметров. Если падение напряжения осталось прежним или увеличилось в пределах до 2 раз, то значение рабочего тока, протекающего через светодиоды, увеличилось в десятки и более раз. Значения прямых токов в 350, 700 или 1000 мА перестали кого-либо удивлять. Типовым решением стало последовательное, параллельное или последовательно-параллельное (массив) включение десятков светодиодов. Возникла необходимость создания комплексных решений, например, подсветки основного и дополнительного ЖК-дисплеев в мобильных телефонах, подсветка и формирование питания для органических светоизлучающих панелей (OLED). Все эти обстоятельства не могли не отразиться на схемотехнике драйверов, управляющих современными светодиодами.

Допустимым решением представляется использование в качестве светодиодных драйверов микросхем стабилизаторов постоянного напряжения.

Но для любого светодиода режимом работы является управление постоянным током. Изготовители светодиодов определяют характеристики своих приборов при заранее определенном значении протекающего прямого тока I_F, но никак не при определенном значении прямого напряжения V_F. Следовательно, при использовании микросхемы стабилизатора постоянного напряжения необходимо модифицировать его схему, преобразовав его в источник постоянного тока. Для этого должна быть изменена цепь делителя обратной связи, а именно: резистор R_FB2 необходимо заменить светодиодом (цепочкой или массивом светодиодов). Идеология такой модификации стабилизатора напряжения приведена на рис. 1.

Рис. 1. Стабилизаторы постоянного напряжения и постоянного тока

Обратим внимание: можно применять только стабилизаторы с регулируемым значением выходного напряжения, то есть те, в которых пара резисторов R_FB1 и R_FB2 является внешней. Стабилизаторы с фиксированным выходным напряжением использоваться не могут.

Другим решением может быть применение микросхем стабилизаторов тока.

Когда светодиод используется как средство индикации, например, свидетельствует о наличии питания в устройстве, к нему не предъявляются требования к интенсивности излучения — сам факт свечения говорит о нормальной работе. При этом включение диода возможно по тривиальной схеме с одним токозадающим резистором. В других вариантах применения светодиодов, когда интенсивность их излучения является основным характеризующим параметром, необходимо применять микросхемы светодиодных драйверов.

В работах [1, 2] рассматривались причины применения драйверов для маломощных (10–30 мА) светодиодов и светодиодов высокой яркости (от 100 мА и выше).

Маломощные светодиоды часто используют для подсветки экранов мобильных электронных устройств. Как правило, такие устройства используют в качестве источника питания Li-Ion батарею (типичное выходное напряжение 3,7 В). В этом случае возникает необходимость использования повышающего преобразователя, поскольку, во-первых, напряжения источника будет недостаточно для поддержания оптимального тока через светодиод при частичном разряде батареи, а во-вторых, для схем с последовательным включением светодиодов падение напряжения на цепочке превысит номинальное напряжение батареи.

Разброс значений прямого напряжения V_F мощных светодиодов одной модели составляет ±20%. Следовательно, для обеспечения одинаковой интенсивности излучения необходимо сформировать различные токи, протекающие через отдельные светодиоды. Такую возможность предоставляют драйверы, управляющие строкой параллельно включенных светодиодов. Также актуальным остается применение повышающих преобразователей при последовательном включении светодиодов.

Понижающие и повышающие драйверы

Если входное напряжение всегда превышает сумму максимальных прямых напряжений каждого светодиода в последовательной цепочке, то возможно применение двух решений:

• линейные (Linear) понижающие преобразователи напряжения;
• импульсные понижающие (Buck или Step-Down) индуктивные преобразователи напряжения со встроенным или внешним ключом.

Применение этих приборов в качестве драйверов светодиодов имеет те же достоинства и недостатки, как и применение их в качестве стабилизаторов напряжения [3, 4].

Тем не менее, среди областей применения современных светодиодов типовыми считаются случаи, когда входное напряжение меньше, чем падение напряжения на светодиодах. Фирма National Semiconductor в издании, посвященном светодиодным решениям [1], вообще не упоминает конкретные модели линейных стабилизаторов, рекомендуемых для применения в качестве драйверов светодиодов. А из импульсных понижающих стабилизаторов в этом качестве упомянуто всего 5 изделий. В связи с этим в данной статье понижающие драйверы рассматриваться не будут в связи с ограниченностью их применения.

В качестве повышающих драйверов могут использоваться:

• импульсные повышающие (Boost или Step-Up) индуктивные преобразователи напряжения со встроенным или внешним ключом;
• повышающие преобразователи напряжения на переключаемых конденсаторах (Switched-Capacitor Boost).

Способы применения данных типов приборов достаточно четко разграничены.Индуктивные преобразователи управляют либо отдельными светодиодами, либо последовательно включенной цепочкой. Преобразователи на переключаемых конденсаторах управляют либо одним светодиодом, либо строкой светодиодов, включенных параллельно. Драйверы на переключаемых конденсаторах являются, безусловно, перспективными. Принципы их схемотехники и примеры микросхем рассмотрены в статье [2]. Поэтому в данной работе будут рассматриваться только индуктивные повышающие светодиодные драйверы.

Индуктивные повышающие светодиодные драйверы

Когда минимальное прямое напряжение всех светодиодов в последовательной цепочке превысит максимальное входное напряжение, необходимо будет использовать повышающий преобразователь напряжения. Индуктивный повышающий преобразователь является лучшим решением, которое может обеспечить ток, проходящий через цепочку светодиодов, от 350 мА и выше, изменяя, при необходимости, значение выходного напряжения.

Поскольку повышающие импульсные стабилизаторы (так называемые бустеры) неоднократно рассматривались в публикациях по источникам питания [3, 4], то принципы их работы рассматриваться не будут. Просто отметим, что существенным качеством устройств этого типа является возможность непрерывно изменять свой коэффициент усиления (при помощи широтно-импульсной или частотно-импульсной модуляции), что позволяет стабилизировать яркость светодиода.

Отметим также, что наличие специальных входов позволяет осуществлять диммирование светодиода, то есть плавную регулировку его яркости. Как правило, частота диммирования меньше частоты коммутации в 1000–5000 раз, что исключает какое-то влияние на рабочий цикл схемы.

Повышающий преобразователь характеризуется и тем, что встроенный ключ выдает на выход меньший ток, нежели ток на входе. Причем, чем выше разница между выходным (V_OUT) и входным (V_IN) напряжением, тем больший ток отбирается от входного источника. Если при фиксированном выходном токе увеличивать число светодиодов в цепочке (соответственно, увеличится и выходное напряжение драйвера), то может быть превышен максимальный ток нагрузки для источника входного напряжения.

Типовой топологией для таких драйверов является последовательное включение светодиодов. Данная топология предполагает, что все светодиоды связаны от одного провода в цепочку, один за другим, то есть управляющий сигнал драйвера соединен с анодом первого светодиода, катод предыдущего светодиода соединен с анодом следующего, а катод последнего с токозадающим резистором или соответствующим выводом микросхемы. Основным преимуществом этой топологии является наличие единственного вывода в микросхеме драйвера, управляющего светодиодами, что гарантирует одинаковый ток, протекающий через все светодиоды.

Номенклатура индуктивных повышающих светодиодных драйверов, выпускаемых фирмой National Semiconductor, приведена в таблице. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Таблица. Параметры индуктивных повышающих светодиодных драйверов

Повышающие преобразователи LM3502/3503 для светодиодных приложений

Микросхемы LM3502 и LM3503 — светодиодные драйверы, используемые для подсветки жидкокристаллических дисплеев. Максимальный выходной ток — 30 мА. Драйверы предназначены для управления цепочкой от 2 до 10 светодиодов, причем цепочка разделена на 2 секции, каждая из которых может содержать от 1 до 5 светодиодов. Данные микросхемы являются оптимальным решением для управления двумя дисплеями, но могут также управлять и одним дисплеем, подсветка которого требует большего числа светодиодов. Драйверы содержат две встроенных обходные цепи с ключами на полевых транзисторах, управляемых сигналами EN1 и EN2. Если ключ находится в открытом состоянии, то ток протекает в обход данной секции, что выключает соответствующие светодиоды. В разомкнутом состоянии светодиоды соответствующей секции горят, поскольку ток через них протекает. Если необходимо объединить обе секции для подсветки одного дисплея, то входами EN1 и EN2 управляют синхронно.

Драйверы позволяют работать в двух режимах: управление по току с широтно-импульсной модуляцией как основной, а также управление по току с частотно-импульсной модуляцией при незначительной нагрузке по выходу.

Защитные функции включают в себя: отключение при перегреве, отключение при пониженном уровне входного напряжения и защита от перенапряжения по выходу.

Средний ток, протекающий через светодиоды, может регулироваться. При этом изменяется средняя интенсивность излучения, то есть драйвер поддерживает функцию диммирования. В LM3502 изменение интенсивности осуществляется сигналом с широтно-импульсной модуляцией, подаваемым на вход CNTRL. Этот сигнал имеет логические уровни и может формироваться микроконтроллером или иной логической схемой. Поскольку рабочая частота коммутации составляет 1 МГц, то оптимальная частота сигнала диммирования лежит в пределах от 200 до 500 Гц.

Различие между LM3503 и LM3502 — в управлении диммированием. Вход CNTRL в LM3503 аналоговый, управление диммированием осуществляется в диапазоне от 0,2 до 3,5 В по линейному закону. При напряжении ниже 0,2 В светодиоды выключены, при напряжении выше 3,5 В — горят в полный накал. Соответственно, LM3503 допускает и диммирование с помощью ШИМ-сигнала (как в LM3502), но при этом уровень «нуля» должен быть ниже 0,2 В, а уровень «единицы» — выше 3,5 В.

LM3502 и LM3503 выпускаются в нескольких модификациях: выходное напряжение может иметь значения 16, 25, 35 и 44 В. Корпуса микросхем LM3502 и LM3503 — microSMD-10 или LLP-16.

Типовая схема включения (на примере LM3502) приведена на рис. 2.

Рис. 2. Типовая схема включения драйвера LM3502

Высокоэффективный двухканальный повышающий преобразователь LM3509 для светодиодных приложений и питания панелей OLED

Новейшая микросхема LM3509 — импульсный повышающий преобразователь, имеющий два независимых выхода. Первый выход MAIN — выход стабилизированного постоянного тока, предназначенный для управления цепочкой от 1 до 5 светодиодов. Второй выход SUB/FB имеет перестраиваемую конфигурацию и может использоваться как выход постоянного тока, по аналогии с выходом MAIN, либо как вывод обратной связи стабилизатора выходного напряжения для питания панели OLED. Драйвер использует режим управления по току. Частота коммутации фиксированная, равная 1270 кГц.

Если задана конфигурация «цепочка светодиодов + цепочка светодиодов», то LM3509 адаптивно регулирует выходное напряжение, обеспечивая стабилизированный ток в обеих цепочках, при этом разница величин тока в цепях составляет не более 0,15%. Выходной ток для обеих цепочек задается через общий внешний резистор. Максимальный ток в этой конфигурации составляет 30 мА. Совместимый с I2C интерфейс обеспечивает возможность диммирования каждого из каналов. При этом выходной ток изменяется от нуля до максимального значения за 32 градации с экспоненциальным приращением.

Если задана конфигурация «цепочка светодиодов + панель OLED», то LM3509 независимо и одновременно управляет цепочкой светодиодов (в этом случае максимальный ток равен 20 мА) и формирует стабилизированное выходное напряжение до 21 В для питания панелей OLED.

Микросхема LM3509 предлагается в миниатюрном корпусе LLP-10 и имеет рабочий диапазон температур от –40 до +85 °C. Типовые схемы включения представлены на рис. 3.

Рис. 3. Типовые схемы включения LM3509: а) конфигурация «цепочка светодиодов + цепочка светодиодов»; б) конфигурация «цепочка светодиодов + OLED-панель»

Высокочастотный индуктивный повышающий преобразователь LM3519 для светодиодных приложений

Драйвер LM3519 предназначен для формирования стабилизированного постоянного тока, управляющего цепочкой от 1 до 4 белых светодиодов. Основное назначение микросхемы — подсветка экранов жидкокристаллических индикаторов в карманных приборах. Максимальный выходной ток составляет 20 мА. Отличием данной микросхемы является использование частотно-импульсной модуляции — рабочая частота коммутации изменяется в диапазоне от 2 до 8 МГц в зависимости от номинала катушки индуктивности, значения и колебаний входного напряжения, колебаний тока в нагрузке. Высокая частота и применение частотно-импульсной модуляции позволяет существенно снизить значение индуктивности (до 1–3,3 мкГн) и емкости выходного конденсатора (до 1 мкФ), что положительно сказывается как на снижении габаритных размеров, так на стоимости изделия. Диммирование обеспечивается подачей сигнала с широтно-импульсной модуляцией на вход EN. Максимальная частота сигнала диммирования равна 30 кГц, однако оптимальной величиной считается 0,02–0,05% от расчетного значения частоты коммутации. Драйвер имеет вход отключения нагрузки и функцию защиты от перенапряжения. Микросхема выполнена в малогабаритном корпусе SOT23 с 6 выводами. Типовая схема подключения LM3519 представлена на рис. 4.

Рис. 4. Типовая схема включения драйвера LM3519

Индуктивные повышающие преобразователи LM3551/3552 — драйверы мощных светодиодов

LM3551 и LM3552 — импульсные повышающие преобразователи, предназначенные для управления от 1 до 4 мощных светодиодаов. Драйверы способны выдать в нагрузку ток до 700 мА при питании от одной Li-Ion батареи. Драйверы работают в режиме управления по току на фиксированной рабочей частоте коммутации, равной 1250 кГц.

Характерной особенностью является наличие двух режимов работы: LM3551 и LM3552 могут управлять одним или несколькими мощными светодиодами в режиме повышенной мощности Flash (выходной ток до 700 мА) или в режиме нормальной мощности Torch (выходной ток до 200 мА), переключение между которыми осуществляется подачей соответствующего логического уровня на вход Torch/Flash.

Внешний вывод отключения нагрузки SD (LM3551) или разрешения EN (LM3552) выполняют одну и ту же роль, но имеют противоположную полярность. Назначение выводов — включение и выключение светодиодов при наличии входного питания. В течение отключения резисторы обратной связи и нагрузка отключены от входа, чтобы обрывает пути утечки тока на «землю».

Второй особенностью этих микросхем является наличие функции тайм-аута. Выбор номинала конденсатора на входе FTO дает возможность запрограммировать максимальный интервал времени включения светодиодов. По истечении этого времени ключи FET-T и FET-F будут разомкнуты и светодиоды погаснут.

Выбор номинала конденсатора, подключенного к входу SS, позволяет программировать параметры режима плавного запуска. Данный режим предназначен для исключения больших бросков тока в процессе включения светодиодов. Схема защиты от перенапряжений и высокая частота коммутации дает возможность использовать малогабаритные, недорогие выходные конденсаторы с низкими номинальными напряжениями, что, как уже отмечалось, положительно сказывается на габаритах и стоимости изделия.

Микросхемы LM3551 и LM3552 выполнены в низкопрофильном корпусе LLP-14. Типовая схема включения представлена на рис. 5.

Рис. 5. Типовая схема включения LM3551

Индуктивный повышающий преобразователь LM3224 — драйвер мощного светодиода

LM3224 — повышающий преобразователь с максимальным выходным током более 1000 мА и значительным числом сервисных функций. Это устройство предназначено для работы с большими токами, что позволяет использовать его не только в задачах подсветки ЖК-экранов, но и для формирования вспышки в фотокамерах, а также для светильников архитектурной и декоративной подсветки. Рабочая частота коммутации определяется в зависимости от состояния вывода F_CLKT и может равняться 615 или 1250 кГц. Вход SHDN может использоваться, во-первых, в качестве входа отключения от нагрузки, а во-вторых, подача ШИМ-сигнала на этот вход позволяет осуществить диммирование. Внешний вывод коррекции V_C дает возможность введения частотной коррекции, что позволяет использовать малогабаритные керамические конденсаторы с низким значением эквивалентного последовательного сопротивления (ESR) в выходной цепи. Внешний вывод плавного запуска SS позволяет ограничить перерегулирование напряжения на выходе при подаче питания. В драйвере реализованы температурная защита и защита от превышения напряжения на выходе. Микросхема выпускается в корпусе MSOP-8. Типовая схема включения представлена на рис. 6.

Рис. 6. Типовая схема включения LM3224

Импульсный индуктивный повышающий преобразователь LM2698 — драйвер мощных светодиодов

Эти микросхемы содержат силовой каскад, рассчитанный на отдачу тока 1350 мА цепочке или массиву светодиодов. Если осуществляется управление массивом светодиодов, то контур обратной связи охватывает только первую цепочку светодиодов, стабилизируя ток, протекающий через светодиоды, на уровне 150 мА. Остальные 7 цепочек не имеют контура обратной связи и управляются посредством схемы токового зеркала, размещенной над каждой из цепочек. Микросхема выпускается в корпусе MSOP-8. Типовая схема включения в режиме управления массивом представлена на рис. 7.

Рис. 7. Типовая схема включения LM2698

Заключение

В статье были рассмотрены индуктивные повышающие импульсные преобразователи, используемые в качестве драйверов светодиодов. В этом классе устройств National Semiconductor выпускает достаточно широкую номенклатуру приборов. Приемлемая цена, высокая надежность, возможность использования онлайновой программной оболочки WEBENCH для расчета и подбора внешних элементов светодиодных драйверов делает эти изделия весьма привлекательными для широкого круга разработчиков.

Литература

1. LED Lighting Management Solutions. Selection Guide. National Semiconductor. 4Q 2006.
2. Бирюков Е., Сафаргалеев Д. Элементная база и способы ее применения для решения задач управления питанием светодиодов // Компоненты и технологии. 2006. № 11.
3. Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М.: Додека-XXI. 2005.
4. Семенов Б. Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов. М.: Солон-Р. 2001.
5. www.national.com

Повышающий светодиодный драйвер Step-up 165/300/600 мА

Драйвер предназначен для организации питания светодиодов от различных источников напряжения постоянного тока. Предполагает использование в осветительных приборах в качесстве драйвера тока для подключения светодиодов к бортовой сети всех видов автомобилей, мотоциклов и электротранспорта. Разработан и изготовлен специалистами ООО «Рубикон».

Входное напряжение : DC 5-55 V; AC 5-36 V( с установкой внешнего диодного моста )

( на фото без диодного моста )

КПД (Efficiency) :>94 %

Выходной ток (Output current) : 165-600 mA (~5%)

Рабочая температура (Operating temperature) : -40 +85 C

Размеры (Size) : 36 x 35 x 15 mm

Минус на выходе подключается к первомоу от конденсатора выводу.

Вопросы можно задать на форуме «Светлый угол». http://ledway.ru/topic9491.html

Драйвера для светодиодов

Драйвера для светодиодов являются совершенно необходимыми устройствами, которые осуществляются стабилизацию питания светодиодов. Что такое светодиод – это полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который излучает свет при пропускании через него тока в прямом направлении. От обычного диода светодиод отличается не только способностью светиться при подключении тока, но также значительно большим падением напряжения и очень небольшим (несколько вольт) значением пробивного напряжения при обратном подключении. То есть, при неправильном подключении светодиода, скорее всего, он немедленно и необратимо сгорит.

Светодиоды имеют очень нелинейную вольт-амперную характеристику – до некоторого значение напряжения светодиод практически вообще не пропускает ток, при дальнейшем повышении напряжения ток резко возрастает и, после достижения допустимого значения, происходит быстрый перегрев и немедленный выход прибора из строя.

Пример вольт-амперной характеристики белого светодиода

Яркость свечения светодиода также прямо зависит от силы проходящего через него тока. Все это делает необходимым включить в электрическую цепь устройство стабилизации тока. В простейшем случае для индикаторных светодиодов при токах до сотни миллиампер можно обойтись простым резистором. Но для ярких светодиодов, питающихся большими токами, нужно значительно более сложное устройство. Это устройство называется драйвер. Именно драйвер контролирует и стабилизирует ток, проходящий через светодиод.

Существует широкое разнообразие схем драйверов под самые разные нужды. Рассмотрим наиболее простые и популярные типы драйверов для светодиодов.

Линейный драйвер для светодиодов.

Предельно упрощенная схема линейного драйвера

От входного источника питания Vin электрический ток следует к выходу драйвера (точка подключения нагрузки – светодиода) Vout через ключ Sw. В цепи также присутствуют конденсаторы Cin и Cout, которые сглаживают скачки напряжения во входном и выходном участках цепи. Регулируя отношение времен, когда ключ открыт и закрыт можно управлять выходным напряжением в диапазоне от нуля до Vin вольт. Ключ переключается с высокой частотой – от единиц до десятков килогерц. Поэтому никакого мерцания в свечении светодиода, естественно, не заметно. В качестве ключа на практике применяются, как правило, мощные полевые транзисторы, затвором которых управляет либо специализированная микросхема, либо микроконтроллер.

Главным достоинством драйверов данного типа является их принципиальная простота. Готовые драйвера имеют небольшие размеры и относительно невысокую стоимость. Отсутствие индуктивностей в схеме драйвера устраняет серьезный источник помех, что позволяет таким драйверам работать очень стабильно.

Главный недостаток – КПД драйвера прямо определяет отношение выходного напряжения ко входному. Это и обозначает область применения драйвера – либо для совсем небольших рабочих токов (до 100мА), либо для случаев, когда напряжение источника питания близко величине падения напряжения на светодиоде. Пример последнего случая – литий-ионный аккумулятор в качестве источника питания и светодиод Cree XML-2 в качестве нагрузки. Здесь КПД линейного драйвера в худшем случае будет около 78%, что потребует рассеивания до 2,2 Вт тепла. Это существенная величина, но некритичная при достаточном охлаждении.

Пример линейного устройства — драйвер для светодиодов FLASHLED L24C

Импульсный понижающий драйвер для светодиодов.

Более сложными по устройству, но и с более широкими возможностями являются импульсные драйвера. Вот также предельно упрощенная условная схема импульсного понижающего драйвера.

Схема импульсного понижающего драйвера

Когда ключ Sw замыкается, ток в выходном участке цепи плавно возрастает, также происходит «накачка» дросселя L1. Благодаря ЭДС самоиндукции дросселя, при размыкании ключа Sw ток не обрывается мгновенно, а продолжает какое-то время течь в том же направлении через нагрузку и диод D1. Ключ, управляемый специальной микросхемой или микроконтроллером, переключается с большой частотой (до нескольких мегагерц). Выходное напряжение может регулироваться от 0 до Vin.

КПД таких драйверов может достигать 90% и более. Это позволяет подключать мощные светодиоды к источникам питания с напряжениями существенно выше рабочих напряжений светодиодов. Например, сверх яркий светодиод мощностью в 10Вт к паре последовательно соединенных литий-ионных аккумуляторов.

Недостатки таких драйверов – возросшие из-за мощной индуктивности габариты. Кроме того, дроссель является серьезным источником электромагнитных помех, что в комплексе с чрезвычайной компактностью драйвера требует особой аккуратности при разводке платы устройства.

Удачные модели понижающих импульсных драйверов, например, здесь или здесь.

Импульсный повышающий драйвер для светодиодов.

В случае, когда рабочее напряжение светодиода больше напряжения выдаваемого источником тока, используются импульсные повышающие драйвера. Вот упрощенная условная схема одного и типов таких драйверов:

Схема импульсного повышающего драйвера

В начале ключ Sw разомкнут, выходное напряжение Vout равно входному Vin. И, поскольку это напряжение меньше рабочего напряжения светодиода, ток через цепь практически не течет (помните график в самом начале статьи?).

При замыкании ключа Sw ток начинает течь через дроссель L1, в его сердечнике накапливается энергия. При размыкании ключа индуктивность начинает разряжаться через подключенную нагрузку. При этом к входному напряжению источника питания Vin добавляется ЭДС самоиндукции дросселя. Выходное напряжение Vout достигает необходимой величины, чтобы подключенный светодиод начал светиться. Также при этом заряжается конденсатор Cout. Постепенно дроссель разряжается, для его зарядки вновь замыкается ключ Sw. В это время светодиод питается за счет конденсатора Cout, мгновенному разряду которого препятствует диод D1.

Ключ, как и у ранее описанных драйверов, управляется специализированной микросхемой или микроконтроллером. КПД таких драйверов также весьма высок (до 90% и более). Недостатки схожи с недостатками понижающих импульсных драйверов.

Повторюсь, упомянутые схемы – это лишь небольшая часть большого разнообразия типов устройств для преобразования и контроля напряжения питания светодиодов. Но, благодаря относительной простоте, они употребляются наиболее часто.

Также во всех указанных схемах для простоты опущены блоки контроля тока – важнейшая часть драйвера для светодиода. Обычно контроль тока осуществляется с помощью резисторов очень небольшого сопротивления (обычно десятые доли ом) и устройства, которое измеряет падение напряжения на них. Как правило, это же устройство управляет ключом драйвера и в комплексе представляет собой специализированную микросхему, являющуюся сердцем драйвера для светодиода. Также эти функции может выполнять микроконтроллер.

Любые драйвера – импульсные или линейные – не обладают КПД 100% и имеют обыкновение греться тем более, чем больший ток они обеспечивают, и чем большая разница во входном и выходном напряжении имеет место быть. Кроме того, в готовом изделии драйвер часто располагается в непосредственной близости от питаемого им светодиода, который в процессе работы греются также очень не слабо. Для светодиода перегрев вреден, поскольку существенно снижается качество его работы и срок службы. Кроме того, при неправильном охлаждении силовая часть готового устройства может начать греть элементы питания. А это обычно литий-ионные аккумуляторы, сильно греть которые совсем не рекомендуется – они могут банально взорваться, нанося совсем небанальные повреждения.

Поэтому приличный драйвер для светодиода должен обладать возможностью контролировать как рабочую температуру светодиода, так и свою собственную. Также полезно и приятно, когда драйвер не только позволяет переключать несколько режимов работы светодиода, но и контролирует степень заряда батарей. Для обеспечения всего этого уже не обойтись без использования микроконтроллеров и достаточно сложных программ их работы.

Мы сами занимаемся разработкой и производством драйверов для мощных светодиодов. И, несмотря на то, что качество и надежность предлагаемых устройств многократно подтверждена годами надежной работы в большом количестве фонарей, драйвера и, особенно, их логическая часть продолжают постоянно развиваться. Мы стараемся учесть пожелания и замечания максимального числа пользователей. Кроме того, вполне возможна разработка и производство драйвера по индивидуальному заказу. Звоните – договоримся!

Читайте также статью «Самодельный драйвер для мощных светодиодов», в которой описываются некоторые схемы и практических опыт самостоятельного создания драйверов.

LED драйвер на NE 555.Питание светодиодов.

Схема простого драйвера на таймере ne555 для цепочки светодиодов показана на рисунке. Драйвер работает как DC-DC повышающий преобразователь со стабилизацией тока.

В данном варианте драйвер используется для питания двух цепочек светодиодов размера 5730, по 7 штук в каждой. Напряжение приблизительно 21v. Так как светодиоды распаяны на плату без охлаждения, общий ток ограничен 100 мА, по 50 мА на цепочку. При этом, общий потребляемый ток схемы при напряжении питания 12v равен 200 мА.

Транзистор Q1, диоды Шоттки и индуктивность L1 выбираются исходя из требуемых параметров выходного тока. Ограничение тока приблизительно рассчитывается по формуле:

I=0,6V/R3

Общий вид смонтированной платы led драйвера версия 1.

Общий вид смонтированной платы led драйвера версия 2.

Печатная плата драйвера на NE 555.

К контактам J1 на плате при настройке подключается амперметр, после контакты закорачиваются каплей припоя (амперметр подключать до подачи питания и отключать после отключения питания!!! ). Индуктивность L1 готовая гантелька 0,22 mH, обозначение 221.

Mosfet с любой материнки, я использовал K3918. Транзистор Q2 может быть любым маломощным n-p-n, зависимости тока от коэффициента усиления не заметил. Диод Шоттки на входе защищает схему от переполюсовки.

V1.

 V2. 

 *Небольшая ошибка, нужно перевернуть три левых светодиода.

Данные платы используются при отключении света и питаются от трёх банок Li-Po батарей ёмкостью 2200 мА/ч. Полная работоспособность сохраняется от двух банок 8,4v, а вот от одной 4,2v яркость падает примерно в половину.

Слой печатных дорожек печатать как есть. Слой шелкографии печатать зеркально.

Скачать версию 1   Скачать

Скачать версию 2   Скачать

Существенный недостаток схемы:

При обрыве в цепи нагрузки из-за перегорания светодиодов, отключается стабилизация тока и как следствие неконтролируемо растёт напряжение на транзисторе Q1. Это неизбежно вызывает пробой Q1, а т.к. MOSFET уходит в КЗ, то и входной диод выйдет из строя от перегрева . Напряжение может превышать более 200v!

 Тут есть два пути решения проблемы:

• Использовать высоковольтный транзистор Q1
• Дополнить схему защитой от перенапряжения

Первый вариант проще, но нужно выходной электролит ставить на большее напряжение, а от сюда цена и габариты. Так же этот конденсатор нужно разряжать после обрыва цепи светодиодов, иначе может пиз….ть током.

Так как у меня не частые гости высоковольтные полевые транзисторы, а низковольтных от материнок лежат горстями, то я пошёл по второму пути и добавил в схему защиту от повышения напряжения на выходе.

Доработанная схема светодиодного драйвера.

Доработка состоит из трёх дополнительных деталей: Q3, R4 и стабилитрона ZD. При нормальной работе схемы стабилитрон закрыт, т.к. выходное напряжение меньше 24v, на резисторе R4 напряжение 0v. При обрыве в цепи светодиодов, напряжение начинает расти и при достижении напряжения 24v стабилитрон открывается. На резисторе R4 появляется напряжение которое поступает на базу Q3, транзистор открывается и снижается скважность на выходе таймера. В таком режиме, ток потребления всей схемы примерно равен: ZDстаб x 2, около 30мА. 

Стабилитрон желательно подобрать на 1…2v больше, чем напряжение на светодиодах.

В данном варианте схемы следует использовать транзистор Q1 с напряжением сток-исток не менее 25-30v. У некоторых транзисторов с материнских плат это напряжение 20v, читайте даташит при выборе полевика!

Схема модифицированного драйвера.

И её печатная плата.

 Развести одностороннюю плату без перемычек у меня не получилось.

 Скачать печатную плату в формате LAY6

Скачать

Led драйвер ne555 на smd компонентах.

Драйвер можно собрать на SMD компонентах. Таймеры 555 в SOP корпусе ещё в пути, по этому использовал DIP корпус подрезав выводы.

Дроссель мотал на плоской ферритовой гантельке, её можно достать из дросселя материнской платы или видеокарты. Аккуратно снимается корпус, чтобы не повредить центральную гантель, а так как дроссель залит компаундом, то наружная часть просто ломается.

Намотал хз сколько витков, хз какого провода, транзистор-тестер показал 0,21mH. Катушку приклеил к плате через диэлектрическую прокладку.

Развёл платы под DIP и SOP корпуса. Резисторы 1206, конденсаторы какие были, c1  47мкФ 16v, c2 22мкФ 25v.

Все транзисторы в корпусе SOT-23. Q1 — судя по маркировке «L4» — Si2304BDS с параметрами 30v, 2.5A, 0.05 Ом. Транзисторы Q2 Q3- неизвестные n-p-n, сдул с какой то платы.

Позже хорошие полевички AO3400 в корпусе SOT-23 взял у этого продавца, партия 50шт.

Общий ток потребления при R3 5Ом 200мА, на каждой цепочке светодиодов по 50мА. Ничего не греется.

Два варианта разводки под микросхему в DIP и SOP.

Печатать всё зеркально.

DIP   Скачать

SOP   Скачать

Светодиоды 5730 беру здесь

 NE555 можно купить тут.

Выбор оптимального драйвера светодиодной системы. Часть 2

Повышающие и понижающе-повышающие топологии драйверов светодиодов

В таких приложениях как освещение садовых дорожек или замена ламп накаливания типа MR16 чаще всего используется несколько светодиодов или всего один. Наиболее распространенные напряжения для систем низковольтового освещения — 12 ВDC, 24 ВDC и 12 ВAC. Эти приложения часто используют понижающий стабилизатор1. Однако топологии повышающих стабилизаторов находят все более широкое применение, т.к. количество светодиодов в системах освещения возрастает. Примерами таких приложений является освещение улиц, стадионов, жилых и общественных зданий, а также декоративная или архитектурная подсветка. Для сравнения на рисунке 1 показаны базовые конфигурации драйверов светодиодов с понижающей и повышающей топологией.

Как и в случае линейных и понижающих драйверов светодиодов, основной технической проблемой в повышающих драйверах является управление прямым током каждого из целого массива светодиодов. Идеально было бы поместить каждый светодиод в одну последовательную цепь, что обеспечивало бы одинаковый ток через каждый светодиод. Повышающий стабилизатор является простейшим вариантом увеличения входного постоянного напряжения до более высокого выходного напряжения, т.к. это позволяет включить больше светодиодов последовательно при данном входном напряжении. Для питания системы общего освещения обычно используется переменное напряжение сети 110 или 220 В. Если не требуется обеспечить коррекцию коэффициента мощности (ККМ), гальваническую изоляцию или фильтрацию линейных гармоник, то однокаскадные неизолированные импульсные преобразователи (понижающие, повышающие или понижающе-повыщающие) могут использовать выпрямленное напряжение сети переменного тока для питания длинных цепочек светодиодов.

Во многих случаях, однако, используется промежуточная шина постоянного напряжения от AC/DC-преобразователя, который обеспечивает универсальный вход переменного тока, ККМ, изоляцию и фильтрацию. Кроме того, промежуточная шина помогает решить проблемы диэлектрического пробоя и искрения, что улучшает безопасность сервисного персонала, работающего с системой освещения.

Повышающие стабилизаторы

Повышающие стабилизаторы сложнее в проектировании, чем понижающие, независимо от того, требуется контролировать выходное напряжение или выходной ток. Средний ток индуктивности повышающего преобразователя, работающего в режиме Continuous Conduction Mode (CCM), равен току нагрузки (току светодиода), умноженному на 1/(1 — D), где D — рабочий цикл. Повышающий стабилизатор напряжения требует учета предельных значений входного напряжения и тщательного выбора параметров катушки индуктивности, в частности, значений номинального пикового тока. Повышающий драйвер светодиода увеличивает выходное напряжение, что влияет на величину рабочего цикла и, следовательно, на значения индуктивности и номинального тока основной катушки индуктивности. Для того чтобы избежать насыщения катушки, необходимо проверить максимальные значения средних и пиковых токов как при минимальном входном напряжении VIN-MIN, так и максимальном выходном напряжении VO-MAX.

В отличие от понижающего стабилизатора с индуктивностью на выходе, повышающий преобразователь имеет прерывистый выходной ток. По этой причине в такой схеме требуется выходной конденсатор для обеспечения непрерывного выходного напряжения (и, следовательно, выходного тока). Номинал емкости конденсатора выбирается как можно меньше и, в то же время, достаточный для поддержания требуемой величины пульсаций тока светодиода. Чем меньше выходная емкость (что, кроме всего, минимизирует стоимость и размеры устройства), тем быстрее реакция преобразователя на изменения выходного тока и, следовательно, лучше характеристика регулировки яркости свечения светодиодов.

Другой серьезной проблемой повышающего преобразователя является контур управления. Понижающие преобразователи могут иметь различные варианты управления: ШИМ-управление в режиме напряжения, ШИМ-управление в режиме пикового тока, постоянное/управляемое время включения, управление с гистерезисом и др. Повышающие стабилизаторы с режимом CCM (за исключением маломощного/портативного оборудования) почти повсеместно используют ШИМ-управление в режиме пикового тока из-за нулей характеристического уравнения в правой полуплоскости (right-half-plane zero — RHPZ) и того факта, что они передают мощность на выход при закрытом управляющем ключе. При разработке повышающего драйвера светодиодов с контролем выходного тока необходимо проверить работу контура управления со светодиодом в качестве нагрузки. При управлении в режиме пикового тока импеданс нагрузки значительно влияет как на коэффициент усиления по постоянному току, так и на низкочастотную составляющую передаточной функции «контур управления — выход». Для стабилизаторов напряжения импеданс нагрузки определяется в результате деления выходного напряжения на выходной ток.

Светодиоды — это диоды с динамическим сопротивлением, которое можно определить только путем построения графика зависимости VF от IF и определения наклона касательной линии при выбранном значении прямого тока. Как показано на рисунке 1, токовый стабилизатор использует саму нагрузку в качестве делителя в цепи обратной связи. Это уменьшает усиление по постоянному току на коэффициент RSNS/(RSNS + rD). Можно было бы компенсировать повышающий драйвер светодиода простым интегратором, сужающим полосу пропускания для улучшения стабильности. Однако для большинства приложений требуется регулировка яркости свечения, поэтому необходимо обеспечить широкую полосу пропускания и быструю переходную характеристику, что как раз и обеспечивает стабилизатор напряжения. Регулировка яркости может осуществляться либо путем линейного изменения IF (аналоговая регулировка), либо с помощью коммутации выхода на высокой частоте (цифровая, или ШИМ-регулировка).

Понижающе-повышающие стабилизаторы

Внедрение систем светодиодного освещения происходит намного быстрее, чем разрабатываются стандарты по твердотельному освещению. Широкий разброс входных напряжений стимулирует появление различных типов светодиодов. Диапазон выходных напряжений драйверов определяется количеством последовательно включенных светодиодов, типами светодиодов, величиной VF, а также особенностями технологии и температурой кристалла. Например, автомобили высокого класса переходят на использование светодиодов в системах дневного освещения. Три 3-Вт белых светодиода представляют нагрузку около 12 В при токе 1 А. Автомобильные электронные системы должны работать в диапазоне питающих напряжений 9…16 В с возможностью его расширения до 6…42 В, когда характеристики снижены, но система работает без сбоев. В общем случае, понижающий драйвер является наилучшим решением для светодиодов, за ним следует повышающий драйвер, но ни один из них не подходит для данного случая. Если необходимо использовать понижающе-повышающий стабилизатор, то часто наибольшие затруднения вызывает выбор оптимальной топологии.

Одним фундаментальным отличием понижающе-повышающего стабилизатора с любой топологией от понижающего или повышающего стабилизатора является то, что в понижающе-повышающем стабилизаторе входной источник питания никогда прямо не соединяется с выходом. Как понижающий, так и повышающий стабилизатор соединяют VIN и VO (через катушку индуктивности и ключ/диод) во время коммутации, и это прямое соединение повышает их эффективность. Все понижающе-повышающие стабилизаторы сохраняют всю энергию, передаваемую в нагрузку либо в магнитном поле (индуктивность или трансформатор), либо в электрическом поле (конденсатор), что обеспечивает более высокие пиковые токи или более высокое напряжение в силовых ключах. Следует уделить особое внимание работе преобразователя при крайних значениях входного и выходного напряжений, т.к. при VIN-MIN и VO-MAX ток коммутации достигает пикового значения, а пиковое значение напряжения коммутации достигается при VIN-MAX, VIN-MAX и VO-MAX. В общем случае это означает, что понижающе-повышающий стабилизатор имеет большие размеры и меньшее КПД, чем понижающий или повышающий стабилизатор равной мощности.

Понижающе-повышающий стабилизатор с одной катушкой индуктивности может быть построен с тем же числом компонентов, что и понижающий или повышающий стабилизатор. Это делает его привлекательным, с точки зрения стоимости системы. Одним недостатком такой топологии является то, что полярность Vo инвертирована (см. рис. 2 слева) или регулируется относительно VIN (см. рис. 2 справа). В таких преобразователях следует использовать схемы сдвига уровня или инвертирующие цепи. Как и повышающие преобразователи, понижающе-повышающие стабилизаторы имеют прерывистый выходной ток и требуют включения выходного конденсатора. Мощный MOSFET рассчитан на пиковый ток IIN плюс IF и пиковое напряжение VIN плюс VO.

Другие топологии драйверов

Кроме повышающих и понижающих, имеется еще ряд топологий преобразователей, используемых в качестве драйверов светодиодов, в частности SEPIC-преобразователи и преобразователи Кука.

Преимущество SEPIC-преобразователей заключается в том, что они обеспечивают непрерывный входной ток из-за наличия входной катушки индуктивности и положительное выходное напряжение. Как в повышающем и понижающе-повышающем преобразователе, в SEPIC-преобразователях требуется выходная емкость для сглаживания тока светодиода. Еще одним достоинством SEPIC-преобразователя является то, что почти все стабилизаторы или контроллеры нижнего плеча можно сконфигурировать в SEPIC-топологии без схем инвертирования полярности или сдвига уровня. Схема SEPIC-драйвера светодиода показана на рисунке 3.

Редко используемый для стабилизации напряжения преобразователь Кука (см. рис. 4) применяется в качестве драйвера светодиодов. Входной и выходной токи в такой схеме непрерывны. Полярность выходного напряжения обратна, как в понижающе-повышающем преобразователе верхнего плеча, однако выходной конденсатор можно исключить, как в понижающем преобразователе. Преобразователь Кука является единственной схемой неизолированного стабилизатора с такой возможностью.

Ни повышающий, ни понижающе-повышающем стабилизатор не предпочтительны для драйверов светодиодов из-за их более высокой сложности и увеличенного числа компонентов, меньшей эффективности (особенно это касается понижающе-повышающего стабилизатора) и ограниченного выбора схемы управления. Однако обе схемы являются «неизбежным злом», т.к. светодиоды внедряются во все большее число приложений. В некоторых случаях архитектура системы может быть изменена так, чтобы использовать понижающий или даже линейный стабилизатор для драйвера светодиодов. Это возможно, например, для крупных систем освещения, таких как уличное освещение, где требуются сотни и более светодиодов мощностью более 1 Вт. В целом, для систем промежуточной мощности, таких как головной свет автомобиля и небольшие осветительные приборы, повышающие и понижающе-повышающие стабилизаторы представляют собой наилучший выбор для питания светодиодов постоянным током.

Регулировка яркости свечения

Независимо от того, используется для питания светодиодов понижающий, повышающий, понижающе-повышающий или линейный стабилизатор, общим требованием является наличие схемы управления световым выходом. Некоторые приложения являются простыми, однако в большей части приложений требуется регулировка яркости от нуля до 100%, часто с высоким разрешением. Разработчик имеет возможность выбрать один из двух методов регулировки: линейная регулировка тока светодиода (аналоговая регулировка) или использование коммутирующей схемы, которая работает с высокой частотой, достаточной для того, чтобы глаз был способен усреднить световой выход (цифровая регулировка). Использование ШИМ для установки периода и рабочего цикла (см. рис. 5) является, по-видимому, самым простым способом реализации цифровой регулировки, а топология понижающего стабилизатора способна обеспечить наилучшие характеристики.

Предпочтителен ШИМ-метод регулировки яркости

Аналоговую регулировку яркости часто проще реализовать. В этом случае выходной сигнал драйвера светодиода изменяется пропорционально управляющему напряжению. Аналоговая регулировка не вносит новых частот — потенциального источника электромагнитных помех. ШИМ-регулировка используется в большинстве схем благодаря фундаментальному свойству светодиодов: характер излучаемого света меняется пропорционально среднему питающему току. Для монохроматических светодиодов меняется доминирующая длина волны. Для белых светодиодов меняется коррелированная цветовая температура (correlated color temperature — CCT). Человеческому глазу трудно уловить изменения длины волны на уровне несколько нм красных, зеленых и синих светодиодов, особенно когда интенсивность света также меняется. Однако изменение температуры цвета белого света легко заметить.

Белые светодиоды, как правило, состоят из кристалла, излучающего фотоны в синем спектре, которые проникают в фосфорное покрытие. Это покрытие, в свою очередь, излучает фотоны в широком диапазоне длин волн видимого света. При низких токах в спектре доминирует фосфор, и свет обычно имеет желтый оттенок. При высоких токах доминирует синий оттенок света с более высоким значением коррелированной цветовой температуры. В приложениях с несколькими белыми светодиодами разница в CCT между двумя соседними светодиодами может быть заметной и неприятной. Это может наблюдаться также в источниках, в которых свет смешивается от множества монохроматических светодиодов. Когда имеется более одного источника света, любая разница между ними раздражает глаз.

Производители светодиодов устанавливают определенное значение тока управления для своих продуктов и гарантируют доминирующую длину волны или CCT только при этих значениях тока. ШИМ-регулировка обеспечивает излучение того оттенка света, который необходим разработчику системы, независимо от интенсивности света. Такой точный контроль особенно важен в RGB-приложениях, где происходит смешивание различных цветов для получения белого света.

Для аналоговой регулировки поддержание точности выходного тока представляет серьезную проблему. Почти все драйверы светодиодов используют на выходе последовательно включенный резистор для измерения тока. Величина напряжения, падающего на этом резисторе VSNS, выбирается так, чтобы обеспечить малую рассеиваемую мощность и, в то же время, высокое отношение сигнал-шум. Допуски, смещения и задержки драйвера вносят погрешность, которая остается относительно постоянной. Для уменьшения выходного тока в системе с обратной связью VSNS должно быть снижено. Это, в свою очередь, уменьшает точность задания выходного тока. Таким образом, регулировка яркости с помощью ШИМ обеспечивает более точный контроль светового выхода вплоть до намного меньших уровней, чем допускает аналоговая регулировка.

Частота регулировки яркости и контрастность

Конечное время реакции драйвера светодиода на ШИМ-сигнал необходимо учитывать при разработке схемы. Имеются три основных типа задержки драйвера (см. рис. 6). Чем больше эти задержки, тем меньше достижимый коэффициент контраста.

Как показано на рисунке 6, tD представляет собой задержку распространения от момента времени, когда сигнал VDIM переходит в состояние высокого уровня, до момента времени, когда драйвер светодиода начинает увеличивать выходной ток. tSU — это время увеличения выходного тока от нуля до заданного уровня, а tSD — время уменьшения выходного тока от заданного уровня до нуля. В общем случае, чем меньше частота регулировки fDIM, тем выше контрастность, т.к. эти постоянные задержки занимают меньшую часть периода регулировки TDIM. Нижний предел fDIM приблизительно равен 120 Гц, ниже которого глаз не воспринимает световые импульсы как непрерывный свет. Верхний предел определяется минимальной требуемой контрастностью.

Коэффициент контраста представляет собой инверсную величину минимального времени включения. Приложения для машинного зрения и промышленного контроля часто требуют намного более высокую частоту ШИМ-регулировки, потому что в них используются быстродействующие видеокамеры и датчики. В таких приложениях целью быстрого включения и выключения светодиодного источника света является не снижение среднего светового выхода, а синхронизация светового выхода с временем захвата датчика или видеокамеры.

Регулировка яркости в импульсном стабилизаторе

При разработке драйверов светодиодов на базе импульсного стабилизатора следует предусмотреть необходимость их выключения и включения сотни и тысячи раз в секунду. Стабилизаторы, спроектированные для обычных источников питания, часто имеют вывод разрешения или вывод выключения, на которые может быть подан ШИМ-сигнал логического уровня, но связанная с этим сигналом задержка tD часто бывает слишком большой. Это объясняется тем, что кремниевые полупроводниковые приборы имеют низкий ток выключения. В специализированных импульсных стабилизаторах для питания светодиодов все наоборот: для минимизации tD внутренние цепи управления поддерживаются в активном состоянии, и, в то же время, обеспечивается высокий рабочий ток, когда светодиод выключен.

Оптимизация управления светом с помощью ШИМ требует минимального времени нарастания и спада сигнала не только для получения наилучшего коэффициента контрастности, но также для минимизации времени нахождения светодиода в промежуточном состоянии (когда доминирующая длина волны и CCT не гарантированы). Обычный импульсный стабилизатор, как правило, имеет функцию мягкого старта и мягкого выключения, однако специализированные драйверы светодиодов специально разработаны для минимизации времени нарастания и спада выходного сигнала. Уменьшения tSU и tSD можно достичь путем оптимального выбора топологии используемого в драйвере светодиода импульсного стабилизатора.

Понижающий стабилизатор превосходит все другие импульсные топологии по скорости нарастания выходного сигнала по двум причинам. Во-первых, понижающий стабилизатор — это единственный импульсный преобразователь, который передает мощность на выход при включенном управляющем ключе. Это делает управляющую ШИМ-цепь понижающего стабилизатора более быстродействующей, чем повышающего и различных видов понижающе-повышающего стабилизатора. Передачу мощности во время включения также легко реализовать при гистерезисном управлении, которое даже более быстрое, чем контур управления в режиме напряжения или тока. Во-вторых, катушка индуктивности понижающего стабилизатора соединена с выходом во время всего цикла переключения. Без выходного конденсатора понижающий стабилизатор становится настоящим источником тока с высоким импедансом, способным быстро переключать выходное напряжение. Преобразователь Кука и ZETA-преобразователь также имеют катушку индуктивности на выходе, однако их управляющий контур медленнее (и имеет меньшую эффективность).

Высокочастотная ШИМ-регулировка

Даже гистерезисный понижающий стабилизатор без выходного конденсатора не всегда обеспечивает требования некоторых систем с ШИМ-регулировкой. Эти приложения используют высокую частоту ШИМ-регулировки и высокий коэффициент контрастности, что, в свою очередь, требует высокой скорости нарастания и спада выходного сигнала и малого времени задержки. Кроме систем машинного зрения и промышленного контроля, примерами, в которых требуется высокая скорость, могут служить подсветка ЖК-панелей и видеопроекторы. В некоторых случаях частота ШИМ-регулировки должна быть выше звуковой частоты, т.е. 25 кГц. Вместе с уменьшением общего периода регулировки до нескольких мс, общее время нарастания и спада сигнала, включая задержку распространения, должно быть снижено до нескольких нс.

Рассмотрим быстрый понижающий стабилизатор без выходного конденсатора. Задержки включения и выключения выходного тока определяются задержками распространения сигналов микросхемы и физическими свойствами выходной катушки индуктивности. Наилучшим способом минимизации этих задержек является использование мощного ключа, включенного параллельно цепи светодиодов (см. рис. 7). Для того чтобы выключить светодиоды, ток драйвера шунтируется ключом, который обычно представляет собой n-канальный MOSFET. Микросхема работает, и ток через индуктивность продолжает протекать. Главным недостатком такого метода является то, что теряется мощность в то время, когда выключены светодиоды.

Регулировка яркости с помощью шунтирующего MOSFET вызывает быстрый сдвиг выходного напряжения, на который контур управления микросхемы должен ответить стремлением сохранить постоянный ток на выходе. Чем быстрее цепь управления, тем лучше время реакции системы, и понижающий стабилизатор с гистерезисным управлением обеспечивает наилучшую скорость.

Быстрая ШИМ с повышающим и понижающе-повышающим стабилизатором

Ни повышающий стабилизатор, ни одна из понижающе-повышающих топологий не подходят идеально для ШИМ-регулировки яркости. Это объясняется тем, что в режиме CCM в каждой из этих схем появляются нули характеристического уравнения в правой полуплоскости, что затрудняет достижение широкой полосы пропускания контура управления, нужной для тактируемых стабилизаторов. Временной эффект RHPZ также делает намного более затруднительным использование гистерезисного управления для повышающей и понижающе-повышающей схемы. Кроме того, повышающий стабилизатор не может допустить падение выходного напряжения ниже входного напряжения. Такие условия вызывают короткое замыкание на входе и делают невозможным регулировку яркости с помощью параллельно включенного FET. Среди понижающе-повышающих топологий регулировка яркости с помощью параллельно включенного FET невозможна или, в лучшем случае, нецелесообразна из-за особых требований для выходного конденсатора (SEPIC, понижающе-повышающая и обратноходовая топология) или из-за неконтролируемого тока входной индуктивности во время короткого замыкания на выходе (преобразователь Кука и ZETA-преобразователь). Когда требуется настоящая быстрая ШИМ-регулировка, наилучшим решением является двухкаскадная система, в которой в качестве второго каскада используется понижающий стабилизатор. Если размеры и стоимость не позволяют реализовать этот подход, другим вариантом решения является последовательно включенный ключ.

Ток через светодиод в такой схеме может быть выключен мгновенно. С другой стороны, особое внимание следует уделить реакции системы. На такую открытую схему воздействуют быстрые переходные процессы, которые могут вызвать нарушение обратной связи и бесконтрольное возрастание выходного напряжения. В этом случае необходима схема фиксации на выходе и/или усилитель ошибки для предотвращения отказа из-за повышенного напряжения. Такую фиксирующую схему сложно реализовать с помощью внешней цепи, и потому использование последовательного FET для регулировки яркости имеет практический смысл только со специализированными повышающими и понижающе-повышающими микросхемами драйверов светодиодов.

В заключение следует отметить, что чем сложнее источник света, тем вероятнее использование ШИМ-регулировки яркости. Это, в свою очередь, требует, чтобы разработчик системы внимательно рассмотрел варианты топологии драйвера светодиода. Понижающий стабилизатор имеет много преимуществ при реализации ШИМ-регулировки яркости. Если частота регулировки яркости должна быть высока, или время нарастания и спада сигнала на выходе должно быть малым, понижающий стабилизатор является наилучшим выбором.

Литература

1. Sameh Sarhan, Chris Richardson. A matter of light//www.embedded.com.

2. Zhongming Ye. LED Driver implements power factor regulation and dimming function//www.powermanagementdesignline.com.

3. Design Challenges of Switching LED Drivers. Application Note AN-1656//www.national.com.

*Понижающая топология драйвера светодиодов рассматривалась в Части 1 данной статьи.

Драйвер для светодиода или даем вторую жизнь старому фонарику

Долго пылился на полке старый фонарик — ручка «Duracell». Работал он от двух батареек формата ААА, на лампочку накаливания. Очень удобен был, когда нужно посветить в какую-либо узкую щель в корпусе электронного прибора, но всё удобство от применения перечеркивал «жор» батареек. Можно было бы выкинуть этот раритет и поискать в магазинах что-то современнее, но… Это не наш метод… © Потому на Али была куплена микросхема светодиодного драйвера, которая помогла перевести фонарик на светодиодный свет. Переделка очень простая, которую сможет осилить, даже начинающий радиолюбитель, умеющий держать в руках паяльник… Так что, кому интересно, велком под Кат…

Микросхема драйвер покупалась давно, больше года назад, и ссылка на магазин уже ведет в «пустоту», потому я нашел аналогичный товар, у другого продавца. Сейчас этот драйвер стоит дешевле, чем я покупал его. Что же это за «клоп» с тремя ножками, давайте рассмотрим подробнее.
Для начала ссылка на даташит: www.diodes.com/assets/Datasheets/ZXLD381.pdf
Микросхема представляет собой Led драйвер способный работать от низкого напряжения, к примеру, одной батарейки 1.5В формата ААА. Микросхема драйвера имеет высокую эффективность (КПД) 85% и способна «высосать» батарейку практически полностью, до остаточного напряжения 0,8В.
Характеристики микросхемы драйвера

под спойлером

Схема драйвера очень проста…

Как вы видите, кроме этой микросхемы «клопа» нужна всего одна деталь — дроссель (индуктор), и именно индуктивностью дросселя задается ток светодиода.
Для фонарика в место лампочки, я подобрал яркий белый светодиод, потребляющий ток 30мА, соответственно мне нужно было намотать дроссель индуктивностью 10мкГн. Эффективность драйвера составляет 75-92% в диапазоне 0.8-1.5В, что очень неплохо.

Приводить здесь чертеж печатной платы не буду, т.к нет смысла, плату можно изготовить за пару минут, просто процарапав фольгу в нужных местах.

Дроссель можно намотать, или взять готовый. Я намотал на гантельке, которая попалась под руку. При самостоятельном изготовлении необходимо контролировать индуктивность при помощи LC метра. В качестве корпуса для платы драйвера был использовать двух кубовый одноразовый шприц, внутри которого вполне достаточно места, что бы разместить все необходимые компоненты. С одной стороны шприца -резиновая пробка с светодиодом и контактной площадкой, с другой стороны вторая контактная площадка. Размер отрезка шприца подбирается по месту и приблизительно равен размеру батарейки ААА (мизиньчиковой, как её называют в народе)

Собственно собираем фонарик

И видим, что светодиод ярко светит от одной батарейки…

Ручка-фонарик в сборе выглядит вот так

Светит хорошо и вес фонарика стал меньше, потому как используется всего одна батарейка, а не две, как было изначально…

Вот такой получился коротенький обзор… При помощи микросхемы драйвера, вы можете переделать почти любой раритетный фонарик, на питание от одной батарейки 1.5В. Если есть вопросы спрашивайте…

Step-Up (Boost) драйверы светодиодов | Analog Devices

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.

Принять и продолжить Принять и продолжить

Файлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:

Строго необходимые файлы cookie:

Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.

Аналитические / рабочие файлы cookie:

Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.

Функциональные файлы cookie:

Эти файлы cookie используются для распознавания вас, когда вы возвращаетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.

Файлы cookie для таргетинга / профилирования:

Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.

Файлы cookie снижения

Драйверы светодиодов с повышающей яркостью от постоянного тока до постоянного тока с регулируемой яркостью

Компания MEAN WELL расширила свой ассортимент повышающих светодиодных драйверов от постоянного тока к постоянному току, представив две новые серии:

Серия LDH-25 (25 Вт * / вход 9,5 ~ 32 В постоянного тока)

LDH-65 (65 Вт * / 9,5 ~ 32 В постоянного тока)

* Выходная мощность может отличаться в зависимости от выбранной модели. Пожалуйста, проверьте данные о фактической выходной мощности.

Крепление на печатную плату

Концевая заделка проводов

Самая интересная особенность этих новых светодиодных драйверов постоянного тока в постоянный состоит в том, что они регулируются по напряжению.В отличие от существующей серии LDH-45, LDH-25 и LDH-65 имеют регулировку яркости с помощью сигнала 0-10 В, что делает их совместимыми с широким диапазоном контроллеров и переключателей затемнения, включая диммер Power Source D1-10 1-10 В.

Диммер Д1-10 1-10В

LDH-25 дает вам более дешевый вариант, чем существующая серия LDH-45 (45 Вт), для приложений, где вам не требуется такая большая мощность. LDH-25 также физически меньше, чем драйверы серии LDH-45, что позволяет сэкономить ценную недвижимость внутри корпуса вашего светильника.

LDH-65 имеет тот же размер, что и LDH-45, но обладает большей мощностью в корпусе того же размера.

Обе новые серии доступны в версии для монтажа на печатной плате или с оконечными проводами для установки в линию.

Они полностью залиты и поэтому очень хорошо защищены от окружающей среды, обеспечивая защиту от попадания пыли и влаги.

Серия LDH-25 включает новый светодиодный драйвер постоянного тока 250 мА с диапазоном выходного напряжения 12,5 ~ 84 В постоянного тока. Максимальный доступный выход — это версия на 700 мА.

Серия LDH-65 начинается с 700 мА, 12,5 ~ 80 В постоянного тока, переходя к версиям с выходом 1400 мА и 1750 мА.

Эти новые драйверы светодиодов постоянного тока идеально подходят для питания светодиодов постоянного тока от батареи или управления небольшими светодиодными светильниками постоянного тока от общего источника постоянного напряжения.

К таким приложениям относятся автомобили, грузовики, трейлеры, караваны, лодки, кемпинговые фонари, палубные фонари и садовые фонари.

За дополнительной информацией обращайтесь в ADM.

Полезна ли эта информация?

Если да, то почему бы не поделиться им со своими коллегами и коллегами. Просто нажмите на синий значок «Поделиться» в LinkedIn ниже.

Техническое описание LM3501, информация о продукте и поддержка

LM3501 — это повышающий преобразователь постоянного / постоянного тока с фиксированной частотой, который идеально подходит для управления белыми светодиодами для подсветки дисплея и других функций освещения. Благодаря полностью интегрированному синхронному переключению (внешний диод Шоттки не требуется) и низкому напряжению обратной связи (515 мВ), энергоэффективность схемы LM3501 была оптимизирована для освещения в беспроводных телефонах и других портативных устройствах (одноэлементных Li-Ion или 3-х элементных батареях). элементы питания NiMH аккумуляторов).LM3501 работает с фиксированной частотой переключения 1 МГц. При использовании керамических входных и выходных конденсаторов LM3501 представляет собой небольшое, малошумное и недорогое решение.

Доступны два варианта LM3501 с разным выходным напряжением. LM3501-21 имеет максимальное выходное напряжение 21 В и обычно подходит для последовательного управления 4 или 5 белыми светодиодами. LM3501-16 имеет максимальное выходное напряжение 16 В и обычно подходит для последовательного управления 3 или 4 белыми светодиодами (максимальное количество последовательных светодиодов зависит от прямого напряжения светодиода).Если основная сеть белых светодиодов должна быть отключена, LM3501 использует внутреннюю схему защиты на выходе для предотвращения деструктивного перенапряжения.

Один внешний резистор используется для установки максимального тока светодиода в приложениях с приводом светодиодов. Ток светодиода можно легко регулировать, изменяя аналоговое управляющее напряжение на выводе управления или используя сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на выводе выключения. В выключенном состоянии LM3501 полностью отключает вход от выхода, создавая полную изоляцию и предотвращая попадание любых токов утечки на светодиоды.

LM3501 — это повышающий преобразователь постоянного / постоянного тока с фиксированной частотой, который идеально подходит для управления белыми светодиодами для подсветки дисплея и других функций освещения. Благодаря полностью интегрированному синхронному переключению (внешний диод Шоттки не требуется) и низкому напряжению обратной связи (515 мВ), энергоэффективность схемы LM3501 была оптимизирована для освещения в беспроводных телефонах и других портативных устройствах (одноэлементных Li-Ion или 3-х элементных батареях). элементы питания NiMH аккумуляторов). LM3501 работает с фиксированной частотой переключения 1 МГц.При использовании керамических входных и выходных конденсаторов LM3501 представляет собой небольшое, малошумное и недорогое решение.

Доступны два варианта LM3501 с разным выходным напряжением. LM3501-21 имеет максимальное выходное напряжение 21 В и обычно подходит для последовательного управления 4 или 5 белыми светодиодами. LM3501-16 имеет максимальное выходное напряжение 16 В и обычно подходит для последовательного управления 3 или 4 белыми светодиодами (максимальное количество последовательных светодиодов зависит от прямого напряжения светодиода). Если основная сеть белых светодиодов должна быть отключена, LM3501 использует внутреннюю схему защиты на выходе для предотвращения деструктивного перенапряжения.

Один внешний резистор используется для установки максимального тока светодиода в приложениях с приводом светодиодов. Ток светодиода можно легко регулировать, изменяя аналоговое управляющее напряжение на выводе управления или используя сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на выводе выключения. В выключенном состоянии LM3501 полностью отключает вход от выхода, создавая полную изоляцию и предотвращая попадание любых токов утечки на светодиоды.

Полное руководство по светодиодным драйверам

Что такое драйверы светодиодов

Драйвер светодиода — это микросхема, которая регулирует мощность, необходимую для светодиода или массива светодиодов.Светоизлучающие диоды — это маломощные осветительные устройства с длительным сроком службы и низким энергопотреблением, поэтому требуются специализированные источники питания.

Рисунок 1 — Упрощенная схема светодиода

Драйверы светодиодов выполняют две основные функции: обеспечивают низкое напряжение и обеспечивают защиту светодиодов.

Отдельные светодиоды работают при напряжении от 1,5 В до 3,5 В и используют токи до 30 мА.Домашние фонари могут состоять из нескольких светодиодов в последовательной и параллельной конфигурациях, и для них может потребоваться общее напряжение от 12 до 24 В постоянного тока. Драйвер светодиода выпрямляет переменный ток и снижает напряжение в соответствии с требованиями. Это означает преобразование высокого сетевого напряжения переменного тока, которое колеблется от 120 В до 230 В, в необходимое низкое напряжение постоянного тока.

Драйверы светодиодов также обеспечивают защиту светодиодов от колебаний тока и напряжения. Цепи гарантируют, что напряжение и ток светодиодов остаются в пределах рабочего диапазона, независимо от колебаний в электросети.Защита позволяет избежать слишком большого напряжения и тока, которые могут ухудшить работу светодиодов, или слишком низкого тока, который может снизить светоотдачу.

Как выбрать драйвер светодиода

При выборе соответствующего драйвера светодиода для вашего приложения необходимо учитывать несколько факторов:

• Режим тока и напряжения: драйверы светодиодов работают либо с постоянным током, либо с постоянным напряжением, либо они могут переключаться при необходимости между постоянным током (CC) и постоянным напряжением (CV).
• Физический размер: Физические размеры могут быть ограничением для небольших и сложных приложений, например, если светодиод должен вписаться в автомобильное приложение.
• Степень защиты корпуса от проникновения: указывает степень защиты окружающей среды, обеспечиваемую внешним корпусом драйвера от проникновения влаги, пыли и других предметов или жидкостей.
• Другие факторы: коэффициент мощности, максимальная мощность, возможность регулирования яркости и соответствие международным нормативным стандартам, таким как UL1310 в отношении безопасности.

Рисунок 2 — Факторы, которые следует учитывать при выборе драйвера светодиода

Зависимость постоянного тока от постоянного напряжения

Все драйверы имеют либо постоянный ток (CC), либо постоянное напряжение (CV), либо и то, и другое. Это один из первых факторов, которые необходимо учитывать в процессе принятия решений. Это решение будет определяться светодиодом или модулем, который вы будете включать, информацию о которых можно найти в техническом описании светодиода.

Драйверы светодиодов постоянного тока (CC) поддерживают постоянный электрический ток во всей электронной схеме за счет переменного напряжения. Драйверы светодиодов постоянного тока часто являются наиболее популярным выбором для светодиодных приложений, поскольку их можно использовать для отдельных лампочек или для последовательной цепи светодиодов. Последовательность означает, что все светодиоды смонтированы вместе в линию, чтобы ток проходил через каждый из них. Недостатком является то, что при разрыве цепи ни один из ваших светодиодов не будет работать. Однако они, как правило, обеспечивают лучший контроль и более эффективную систему, чем постоянное напряжение.

Драйверы светодиодов постоянного напряжения (CV) — это источники питания. У них есть заданное напряжение, которое они подают на электронную схему. Вы можете использовать драйверы светодиодов постоянного напряжения для параллельной работы нескольких светодиодов, например светодиодных лент. Драйверы постоянного напряжения можно использовать со светодиодными лентами, имеющими токоограничивающий резистор, что в настоящее время делает большинство. Выходное напряжение должно соответствовать требованиям напряжения всей светодиодной цепочки.

Некоторые драйверы светодиодов могут поддерживать как постоянное напряжение, так и постоянный ток.Обычно они работают с постоянным напряжением и, когда выходной ток превышает предел номинального тока, они переключаются в режим постоянного тока. Эта функция подходит для приложений, требующих гибкого драйвера светодиода.

Рисунок 3 — Драйверы светодиодов постоянного тока и постоянного напряжения

Выходной ток

При использовании драйвера постоянного тока для светодиодов проверьте текущие требования для выбранных светодиодов.Затем драйвер CC должен отразить это значение. В технических описаниях светодиодов указано, что им требуется, с указанием значений в амперах (А) или миллиамперах (мА).

Существуют также регулируемые и выбираемые драйверы выходного тока. Они дают либо диапазон, например от 0 мА до 500 мА, либо ступенчатые значения, такие как 350 мА, 500 мА, 700 мА. Ваш светодиод должен соответствовать выбранному значению (ям).

Светодиоды

могут работать при более низком токе, чтобы продлить срок их службы. Использование более высокого тока может привести к более быстрому износу светодиода.

Выходная мощность

Это значение указывается в ваттах (Вт). Используйте драйвер светодиода, по крайней мере, с таким же значением, как у вашего светодиода.

Выходная мощность драйвера должна быть выше, чем требуется для светодиодов для дополнительной безопасности. Если выходной сигнал соответствует требованиям к питанию светодиода, он работает на полную мощность. Работа на полной мощности может привести к сокращению срока службы драйвера. Точно так же средняя потребляемая мощность светодиодов.С добавлением допуска для нескольких светодиодов, вам потребуется более высокая выходная мощность от драйвера, чтобы покрыть это.

Выходное напряжение

Это значение указывается в вольтах (В). Для драйверов постоянного напряжения он требует того же выхода, что и напряжение вашего светодиода. Для нескольких светодиодов требования к напряжению каждого светодиода суммируются для получения общего значения.

Если вы используете постоянный ток, выходное напряжение должно превышать требования светодиодов.

Ожидаемая продолжительность жизни

Драйверы

имеют ожидаемый срок службы в тысячи часов, известный как MTBF (среднее время до отказа). Вы можете сравнить уровень, на котором вы его используете, чтобы определить рекомендуемый срок службы. Использование драйвера светодиодов на рекомендованных выходах помогает продлить срок его службы, сокращая время и затраты на обслуживание.

Рейтинг IP

Если ваш драйвер собирается куда-нибудь, где он может контактировать с водой / пылью, вы можете использовать драйвер с классом защиты IP65.Это означает, что он защищен от пыли и брызг воды.

Если вам нужно что-то водонепроницаемое, вам может понадобиться драйвер с рейтингом IP67 или IP68. Рейтинг IP указывается в виде числа. Первая цифра представляет твердые объекты, а вторая — жидкости.

Рисунок 4 — Объяснение рейтингов IP

Упаковка / инкапсуляция

Требуется ли корпус для вашего драйвера светодиода? Или он будет интегрирован в систему или устройство? Драйверы светодиодов с открытой рамкой более компактны и могут быть встроены в ваше приложение, в то время как инкапсуляция обеспечивает степень защиты IP и защиту для автономных светодиодных драйверов.

Метод прекращения

Некоторые драйверы светодиодов поставляются с подвесными проводами, но иногда вам может потребоваться приобрести провода отдельно. Также имеются отверстия под винты или колпачки для быстрого крепления кабелей к драйверу.

Категории драйверов светодиодов

Рисунок 5 — Основные категории светодиодных драйверов

Драйверы для светодиодов Buck-Boost

Драйверы светодиодов

Buck-Boost допускают смещение светодиодов, когда входное напряжение выше или ниже напряжения светодиода.Это идеально в таких случаях, как одноэлементная литий-ионная (Li-Ion) батарея, питающая один светодиод, где входное напряжение может варьироваться от 4,2 В при полной зарядке до 2,7 В при полном разряде, в то время как прямое напряжение светодиода может варьироваться от 2 В до 4 В в зависимости от яркости и температуры.

Драйверы для светодиодов с потребителем тока

Драйверы светодиодов

, потребляющих ток, обеспечивают управление током для нескольких светодиодов и защищают светодиоды и источники питания от тепловых событий, коротких замыканий, перенапряжения и неисправностей обрыва цепи.Эти устройства позволяют использовать ряд технологий освещения, в том числе светодиодное освещение высокой яркости и светодиодную подсветку большого формата.

Безиндукторные драйверы светодиодов (Charge Pump)

Источник питания накачки заряда не имеет индукторов, которые требуются в других топологиях импульсного источника питания (SMPS). Это обеспечивает более компактную и менее дорогую схему.

Обратной стороной является то, что насосы заряда не могут подавать большой ток по сравнению с другими топологиями.Цепи подкачки заряда наиболее полезны для светодиодной подсветки, например, для ЖК-дисплеев и автомобильных приборов.

Драйверы функций поддержки светодиодов

Функциональные драйверы

для светодиодов включают матричные светодиодные диммеры, генераторы ШИМ и балласты для светодиодов, предназначенные для автомобилей, подсветки дисплеев, портативных устройств и общего освещения.

Матричные диммеры для светодиодов

работают вместе со схемой драйвера светодиода, сконфигурированной как источник тока, что позволяет включать и выключать отдельные светодиоды в цепочке.Переход между состояниями затемнения ШИМ обеспечивает большую гибкость при проектировании матричного освещения с более плавными переходами затемнения. Программируемая частота переключения матричного светодиодного диммера, включенного в эту категорию функций поддержки светодиодного драйвера, помогает оптимизировать эффективность и избегать критических частотных диапазонов, включая AM-радио.

Драйверы для светодиодных вспышек

Драйверы светодиодных вспышек

поддерживают общее светодиодное освещение, строительную технику, сканирующее оборудование и ряд других технологий.Такие функции, как автоматическое управление фототранзистором, защита от перегрева, компактный размер и разнообразные возможности программирования, позволяют использовать эти устройства в ряде приложений, включая:

• Светодиодное освещение повышенной яркости
• Промышленное освещение
• Смартфоны с камерой
• Цифровые фотоаппараты, видеокамеры и КПК

Драйвер светодиодов для мультитопологии

Мульти-топологический светодиодный драйвер — это универсальная светодиодная схема, которая может поддерживать ряд повышающих или понижающих топологий драйверов.В устройстве реализован метод управления режимом пикового тока с фиксированной частотой с программируемой частотой переключения, компенсацией наклона и синхронизацией плавного пуска.

Он включает в себя высоковольтный усилитель считывания тока между направляющими, который может напрямую измерять ток светодиода, который используется с последовательным резистором на стороне высокого или низкого уровня. Усилитель разработан для достижения низкого входного напряжения смещения и погрешности тока светодиода лучше ± 3%. Это выполняется в диапазоне температур перехода от 25 ° C до 140 ° C и диапазона выходного синфазного напряжения от 0 до 60 В.

Обычно эти драйверы применяются в архитектурном и общем освещении.

Автономный драйвер светодиода

Эти светодиодные схемы имеют активную коррекцию коэффициента мощности (PFC), специально разработанную для управления светодиодами из универсального входного диапазона от 90 до 265 В переменного тока. Они оптимизированы для светодиодных приложений, требующих мощности от 4 до 100 Вт, а также совместимы со стандартными настенными диммерами TRIAC.

Уникальная схема измерения тока подает хорошо регулируемый ток на вторичную обмотку без использования оптопары, что снижает стоимость и повышает надежность, что делает его более простым и компактным.

Понижающие (понижающие) драйверы светодиодов

Понижающие (понижающие) драйверы светодиодов

идеально подходят для приложений, где входное напряжение выше напряжения светодиодов, например, во многих автомобильных или промышленных приложениях. Эти драйверы светодиодов обеспечивают наивысшую эффективность, низкий уровень шума и минимальную площадь основания. Некоторые драйверы даже включают в себя встроенные диоды Шоттки, точное согласование тока светодиодов и возможность нескольких выходов.

Step-Up (Boost) драйверы светодиодов

Драйверы светодиодов

Step-Up (Boost) обеспечивают текущее управление несколькими светодиодами и поддерживают светодиодное освещение высокой яркости, светодиодную подсветку большого формата, интеллектуальные устройства с камерой и целый ряд связанных приложений.

Рисунок 6 — Типовой драйвер высоковольтного светодиода для применения

Рисунок 7 — Микросхема драйвера светодиода

TS19371CX6 RFG — Taiwan Semiconductor

TS19371CX6 RF — это повышающий (повышающий) драйвер WLED с 6-контактным корпусом SOT-26 с защитой от перенапряжения. Этот повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный, специально разработанный для питания белых светодиодов постоянным током. Устройство может питать до 126 светодиодов (9С14П) от источника питания 12 В. Выходной конденсатор может быть всего 4.Экономия места на 7 мкФ по сравнению с альтернативными решениями. Низкое напряжение обратной связи 95 мВ сводит к минимуму потери мощности для повышения эффективности. Дополнительно обеспечивает ограничение превышения выходного напряжения при отключенных светодиодах. TS19371 переключается на фиксированную частоту 1,2 МГц, что позволяет использовать крошечные, низкопрофильные катушки индуктивности и конденсаторы, чтобы минимизировать занимаемую площадь и снизить затраты там, где пространство имеет большое значение.

• Согласованный по своей природе ток светодиода
• Высокий КПД 89%
• Управляет последовательностью до 9 светодиодов при входном напряжении от 9 до 15 В
• Управляет до 126 светодиодов (9S14P) при входном напряжении от 12 до 15 В
• Обеспечивает питание до 6 светодиодов (1 Вт) при входном напряжении 12 В
• Напряжение переключения 36В
• Диапазон входного напряжения от 2.От 5 В до 18 В
• Переключатель предельного тока 650 мА
• ШИМ-регулировка яркости от 1 кГц до 10 кГц
• Диапазон температуры окружающей среды от -40 ° C до 85 ° C

Приложения

Управление энергопотреблением,

Бытовая электроника,

Портативные устройства

Предупреждения

Рыночный спрос на этот продукт привел к увеличению сроков поставки.Сроки доставки могут отличаться. Товар освобожден от скидок.

Skyworks | Подробная информация о продукте

SKY81292 — это высокоэффективный сильноточный усилитель тока 1,8 А.
преобразователь с программируемым постоянным током. Устройство
предназначен для светодиодных фотовспышек во всех одноэлементных литий-ионных батареях.
портативные продукты с питанием.

SKY81292 поддерживает выходной ток светодиода вспышки с помощью DCDC.
повышающий преобразователь с функцией байпаса для максимального увеличения
эффективность при любых условиях нагрузки.Для светодиода с одиночной вспышкой
В приложениях можно запрограммировать ток вспышки до 1,8 А.
Для светодиодных приложений с двойной вспышкой ток вспышки может быть
запрограммирован до 900 мА. Это обеспечивает прямую вспышку светодиода.
катодное соединение с заземляющим слоем, которое помогает нагревать
диссипация.

Высокая частота 2 МГц DC-DC повышающая частота переключения
позволяет использовать небольшую внешнюю катушку индуктивности и выходной конденсатор,
что делает SKY81292 идеально подходящим для небольших аккумуляторов.
Приложения.Цепь управления запуском автоматически
определяет прямое напряжение мигающего светодиода на любом запрограммированном выходе
текущая настройка и определяет наиболее эффективный режим работы.

Цифровой интерфейс промышленного стандарта I ² C используется для программирования
SKY81292 Светодиодная вспышка и режимы видео. Операции с устройством
полностью настраиваемый; уровень тока фильма и вспышки, ограничения тока,
и отчеты о неисправностях. Также имеется отдельный вход для включения вспышки.
для запуска работы вспышки и входа запрета вспышки для уменьшения
ток вспышки до уровня режима видео при высоком уровне заряда батареи
условия.Дополнительный низкоуровневый программируемый источник тока
выход предназначен для управления светодиодной индикаторной лампой.

Интегрированная система терморегулирования защищает устройство в
событие короткого замыкания на выходе. Термистор NTC
Функция защищает внешние светодиоды от теплового повреждения.
Статус неисправности можно прочитать с помощью интерфейса I ² C после того, как система
предупреждается флагом неисправности открытого стока. Встроенная схема плавного пуска
предотвращает чрезмерный пусковой ток при запуске.Выключение
Функция снижает ток покоя до менее 1,0 мкА.

SKY81292 поставляется с маленьким выступом с 16 выступами, 2 мм x 2 мм.
Пакет масштабирования микросхем на уровне пластины (WLCSP).

Описание драйвера автомобильного светодиодного освещения

— Блог о пассивных компонентах

TDK выпустила инструкцию по применению в автомобильном светодиодном освещении, касающуюся использования индукторов.

По мере развития электрификации автомобилей контроль энергопотребления становится все более важным фактором.Технология светодиодного освещения снижает энергопотребление, увеличивает жизненный цикл, обеспечивает свободу проектирования и полный контроль. Теперь он используется в автомобильных функциях, включая фары и внутреннее освещение. TDK Group предлагает обширную линейку силовых индукторов для использования в драйверах светодиодов, оптимизированных для различных систем, включая повышающие, понижающие и повышающие / понижающие типы.

Типы главной цепи, используемые в драйверах светодиодов

Для работы светодиодов необходимы цепи постоянного тока.Преобразователи постоянного тока в постоянный необходимы для обеспечения стабильной подачи электроэнергии от аккумуляторной батареи переменного тока. Обычно используемые преобразователи постоянного тока в постоянный (драйверы светодиодов) подразделяются на повышающие, понижающие и повышающие / понижающие типы в зависимости от количества светодиодов и выбранной системы. Предположим, что напряжение батареи снижается примерно до 6 В, типичное прямое напряжение для одного обычного белого светодиода составляет всего 3,5 В, будет использоваться преобразователь понижающего типа. Если от двух до четырех светодиодов подключены последовательно, используется повышающий / понижающий тип.Когда пять или более светодиодов подключены последовательно, используется повышающий тип. В системе с множеством функций, включая фары, дневные ходовые огни и указатели поворота, эти цепи затем используются в комбинации.

Таблица 1. Типы драйверов светодиодов

Типы схем для высокопроизводительных светодиодных фар

Обычно высокоэффективные светодиодные фары используют функции переменного светораспределения для изменения диапазона освещения и яркости.
Для изменения яркости и диапазона освещения используется несколько светодиодов. Затем яркость каждого светодиода регулируется для достижения яркости и диапазона освещения. На рисунке 1 показана базовая структура схемы. Напряжение аккумулятора увеличивается примерно до 40-60 В, и понижающий преобразователь подает ток на светодиод.

Рисунок 1. Структура цепи светодиодного освещения для фар

Несколько светодиодов подключены последовательно и параллельно за понижающим преобразователем (Рисунок 2).Ток, протекающий к каждому светодиоду, регулируется индивидуально для изменения яркости, и в крайних случаях загорается только один светодиод, а на выходную катушку индуктивности понижающего преобразователя подается напряжение, близкое к 60 В. В результате при использовании в этом приложении выбирается более высокая сравнительная индуктивность (например, 100 мкГн). Сглаживающий конденсатор, используемый с повышающим преобразователем во входном каскаде, должен поддерживать ток против внезапных переходов, чтобы мгновенно изменять диапазон освещения.Обычно требуемый диапазон емкости для этого сглаживающего конденсатора составляет от 1 мкФ до 10 мкФ при выдерживаемом напряжении 100 В.

Рис. 2. Пример схемы в случае, когда несколько светодиодов подключены последовательно и параллельно

Цепи привода светодиодных фар

Типы

с одной лампой используют один преобразователь и драйвер повышающего / понижающего или повышающего типа. Они используются для однофункционального внешнего освещения автомобилей, внутреннего освещения, информационно-развлекательных систем и т. Д.В многолучевых типах используются два преобразователя: повышающая цепь на переднем конце и понижающая схема или схема постоянного тока на заднем конце. Для внешнего освещения автомобиля, в случае фар, эта конструкция используется для переключения между дальним и ближним светом. Также могут быть добавлены дневные ходовые огни (ДХО). Адаптивные системы переднего освещения также используют два преобразователя: повышающую схему на передней панели и понижающую схему или схему постоянного тока на задней панели. Они используются в системах светодиодных фар, включая основные фары, ДХО, указатели поворота и т. Д.

Таблица 2. Цепи привода светодиодных фар

Примеры схем повышающего преобразователя

Светодиодные фары с одной лампой обладают простыми функциями и используются для переключения между дальним и ближним светом. В этом случае используется повышающий преобразователь мощностью от 15 до 30 Вт. Типичная структура схемы показана ниже. Выходное напряжение определяется в соответствии с количеством последовательно включенных светодиодов и находится в диапазоне примерно от 20 В до 30 В. В случае повышающей схемы потери переключения высоки по сравнению с понижающей схемой и увеличиваются. частота сложная.Наиболее распространенный частотный диапазон составляет от 200 до 400 кГц.

Рисунок 3. Пример схемы повышающего преобразователя

Светодиоды для ДХО и компактного освещения (малой мощности)

В системах с относительно низкой мощностью, включая ДХО, внутреннее освещение, заднее освещение и указатели поворота, используется цепь постоянного тока или схема повышения / понижения. Схема повышения / понижения, используемая в схемах светодиодов, обычно использует схемы SEPIC.

Рисунок 4.Пример цепи SEPIC

На рисунке 4 показан пример схемы SEPIC. Используются две катушки индуктивности (L1 и L2) и конденсатор постоянного тока (C1). Выход регулируется так же, как и обычный повышающий / понижающий преобразователь, и определяется по следующей формуле. В случае обычного повышающего / понижающего преобразователя (схема B) полярности входа и выхода меняются местами, но в случае схемы SEPIC полярности одинаковы. Формула фундаментального отношения показана ниже, а выходное напряжение совпадает с входным напряжением конденсатора (C1).

V0 = Vin D / (1-D) (D: рабочий)
VC1 = Vin
VL2 = VL1
IL2ave = IL1ave (1-D) / D

На основе приведенной выше формулы зависимости теоретически напряжения, подаваемые на L1 и L2 (VL1 и VL2), одинаковы, и можно использовать комбинированную двойную катушку с соотношением обмоток 1: 1 (схема C).