Сафронов Олексій
В Нині світлодіоди використовуються не тільки для забезпечення гарних індикаторів червоного і зеленого кольору на електронному обладнанні. Досягнення технології дозволили використовувати світлодіоди в якості практичних джерел освітлення. Основні переваги світлодіодів - тривалий термін служби, міцність і ефективність.
При правильному управлінні світлодіоди можуть працювати десятки тисяч годин без зниження світловіддачі. Типова ефективність потужних світлодіодів, виміряна в люменах на ват, складає 40-80. Це в кілька разів краще, ніж у ламп розжарювання, і тільки люмінесцентні лампи більш ефективні. Так як світлодіоди є твердотільними пристроями, вони можуть протистояти ударам і вібраціям, які пошкодили б лампу розжарювання.
Застосування світлодіодів
Переваги світлодіодів корисні у багатьох типах освітлення:
Освітлення автомобільних і літакових кабін;
Освітлення приладових дощок автомобіля і літака;
Освітлення запасного виходу будівлі;
колір-світлове оформлення будівель;
Промислове і зовнішнє освітлення;
Дорожні і залізничні знаки;
Автомобільні стоп-сигнали
Світлодіодні матриці та відеомонітори;
Підсвічування РК-монітора;
Ліхтарики;
Освітлення медичного інструменту і приладів;
Спалахи цифрових камер і відео світло;
Ефективне управління світлодіодами
Світлодіоди повинні управлятися джерелом постійного струму. Світлодіоди мають певний рівень струму, при якому досягається максимальна яскравість, не викликаючи його вихід з ладу. Світлодіод може управлятися лінійним регулятором напруги, сконфігурованим як джерело постійного струму. Однак, даний підхід не практичний для потужних світлодіодів через високу потужності, що розсіюється в ланцюзі регулятора. Імпульсний джерело живлення (SMPS) забезпечує набагато більш ефективне управління світлодіодами. Параметри напруги джерела живлення і прямої напруги світлодіода визначають SMPS топологію. Кілька світлодіодів можуть бути об'єднані в групи для збільшення падіння прямої напруги на вибраному рівні керуючого струму.
Топологія SMPS схем, адаптована для регулювання струму в світлодіодному освітленні та ж сама, що і використовувана для регулювання напруги в джерелах живлення. Кожен тип SMPS топології має свої переваги і недоліки, як представлено в таблиці нижче.
Таблиця 1. SMPS топології, які можуть бути корисні для світлодіодного освітлення
Топологія регулятора
Ставлення
Vвх до Vвих
Складність
Число компонентів
Коментарі
На перемикаються конденсаторах
(-Vвих
Низька
Середнє
- обмежений діапазон Iвих
- без дроселів
Понижувальний
(Vвх> Vвих)
Середня
Середнє
- верхній драйвер
- імпульсний Iвх
Підвищуючий
(Vвх
Середня
Середнє
- потрібні додаткові елементи для ізоляції виходу від входу
SEPIC
(Vвих
Середня
Висока
- плавний Iвх
- кілька виходів
- два дроселі
Змішаний
(Vвих
Середня
Середнє
- один дросель
- до чотирьох перемикачів
Обратноходовий
Залежить від трансформатора
Середня
Середнє
- трансформатор для гальванічної розв'язки
- можливість декількох виходів
Дана стаття описує два типи драйверів для управління світлодіодами:
мікросхема аналогового драйвера, яка може бути використана як незалежно, так і разом з мікроконтролером;
мікроконтролер з інтегрованою функцією управління світлодіодами;
Джерело струму на перемикаються конденсаторах
Така схема не має котушок індуктивності, які вимагаються в інших SMPS топологіях. Це забезпечує більш компактні і менш дорогі схеми. Зворотний бік у тому, що таке джерело не може забезпечити великий струм, по порівнянні з іншими топологіями. Схеми на перемикаються конденсаторах найбільш затребувані в підсвічуванні, РК-дисплеях і автомобільних приладах.
Демонстраційна плата MCP1252DM-BKLT
Плата демонструє використання драйвера перемикаються конденсаторів в світлодіодному застосуванні і працює як платформа для оцінки MCP1252 (Див. рис.1).
Рис. 1. Світлодіодний драйвер на перемикаються конденсаторах на MCP1252
Підвищуючий перетворювач на індуктивних елементах
Топологія підвищуючого перетворювача використовується, коли вихідна напруга конвертора повинне бути дорівнює або більше ніж вхідна напруга. Підвищувальний перетворювач використовується для управління декількома світлодіодами, з'єднаних в групи, що є його перевагою. Це гарантує, що всі світлодіоди отримають однаковий струм, і відповідно ту ж яскравість світіння. Використання здвоєного дроселя в підвищувальної схемі зменшує вимоги до перемикається напрузі MOSFET ключа. Синхронний підвищувальний перетворювач MCP1640 може забезпечити стабільне робоче напруга для світлодіода при живленні від одноячеечной лужної батареї. Схема підключення синхронного підвищувального перетворювача на MCP1640 представлена ​​на рис.2.
Рис. 2. Синхронний підвищувальний перетворювач на MCP1640
Підвищуючий перемикач на MCP1650 використовує зовнішнє перемикання таким чином, що він може бути використаний для будь-якого типу навантаження. Додаткова перевага MCP1650 в батарейних застосуваннях - це Gated Oscillator Architecture, яка забезпечує два робочих циклу, що зменшує пікової струм індуктора та пульсації вихідної напруги. Вхідна напруга вище 3, 8В займає 56% робочого циклу і 80% коли вхідна напруга падає нижче 3, 8В. Це збільшує термін служби батареї.
Демонстраційна плата з дев'ятьма білими світлодіодами MCP1650DM-LED2
Демонстраційна плата з дев'ятьма білими світлодіодами використовує мікросхему MCP1650 для харчування світлодіодів, які з'єднані в групи. Мікроконтролер PIC10F202 в шестівиводном корпусі SOT-23 використовується для регулювання світності шляхом подачі ШІМ на вхід дозволу роботи. На рис.3 представлений приклад використання MCP1650 для драйвера світлодіодів працюючого від батареї.
Рис. 3. Приклад використання MCP1650 для драйвера світлодіодів працюючого від батареї
Управління світлодіодами з використанням SEPIC перетворювача
Топологія SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter) використовує додатковий (Найчастіше, здвоєний) дросель і забезпечує наступні переваги для додатків з живленням від батареї:
Конвертор може працювати як в підвищувати, так і в знижувальному режимі;
Топологія схеми забезпечує захист від короткого замикання, за рахунок застосування розв'язує конденсатора;
Демонстраційна плата з 3-х ватними світлодіодами MCP1650DM-LED1
Плата демонструє застосування сімейства підвищують MCP165X контролерів для роботи з білими світлодіодами з вхідною напругою в діапазоні 2.0В до 4.5В. Приклад схеми драйвера 3-х ватних світлодіодів з живл...
