Микросхемы драйверов сверхъярких светодиодов – RadioRadar
Светотехника
Главная Радиолюбителю Светотехника
Зажечь светодиод несложно, для этого достаточно подключить его в прямом включении через ограничивающий резистор к источнику питания. Но этот способ крайне неэкономичен, так как на ограничивающем резисторе создается большое падение напряжения, а значит, и большие потери. Кроме того, ток через светодиод и яркость его свечения при подобном включении будут крайне нестабильны. Для повышения КПД и стабильности свечения светодиодов используются драйверы на специализированных микросхемах. О некоторых из них пойдет речь в настоящей статье. Автор рассматривает ряд микросхем-драйверов фирмы Monolithic Power Systems (MPS).
Классификация микросхем драйверов на основе DC/DC-преобразователей
Микросхемы драйверов для питания сверхъярких светодиодов можно найти в устройствах разной сложности от светодиодных фонариков до мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, компьютеров и т.д. Одно из самых распространенных применений светодиодов – это схемы светодиодной подсветки ЖК дисплеев. Драйверы для устройств с автономным питанием имеют, как правило, высокий КПД (более 90%). Они представляют собой регулируемые импульсные повышающие или повышающе-понижающие DC/DC-преобразователи. Можно встретить так называемые емкостные драйверы со схемой вольтодо-бавки и индуктивные драйверы. В них обычно применяется стабилизация выходного тока (то есть тока светодиодов), что обеспечивает стабильную яркость свечения светодиодов. Реже для этого используется стабилизация напряжения на светодиодах.
Емкостные преобразователи со схемой вольтодобавки называют также преобразователями с подкачкой заряда. Это буквальный перевод английского термина Charge Pump, которым обозначают эти схемы в иностранной технической литературе и документации. Они могут работать как повышающе-понижающие преобразователи. Бесспорными достоинствами драйверов Charge Pump являются их простота и низкая себестоимость.
В качестве повышающе-понижающих DC/DC-преобразователей в драйверах также применяют индуктивные преобразователи SEPIC-архитектуры (Single-ended primary-inductor converter – одновыводной первичный преобразователь на индуктивности), преимуществами которых являются несколько большие выходной ток и КПД, чем у преобразователей со схемой вольтодобавки. Повышающие преобразователи также нашли основное применение в устройствах с низковольтным питанием. Они имеют высокий КПД и большой выходной ток при остальных средних показателях. Особенности драйверов на DC/DC-преобразователях, приведенных в [1], сведены в таблицу 1.
Таблица 1. Особенности драйверов на основе DC/DC-преобразователей
Тип преобразователя | Сложность | Стоимость | Размеры | КПД | Выходной ток |
Преобразователь со схемой вольтодобавки (Charge Pump) | Низкая | Низкая | Малые | Средний | Малый |
Преобразователь типа SEPIC | Высокая | Высокая | Большие | Выше среднего | Выше среднего |
Повышающий преобразователь | Средняя | Средняя | Средние | Высокий | Большой |
Понижающий преобразователь | Средняя | Средняя | Средние | Высокий | Средний |
Понижающие преобразователи в бытовой технике применяются в качестве драйверов светодиодов довольно редко. Поэтому рассмотрим особенности схемотехники драйверов остальных трех типов на микросхемах фирмы Monolithic Power Systems подробнее.
Драйверы для питания сверхярких светодиодов со схемой вольтодобавки (Charge Pump) от MPS
Микросхема MP1519 представляет собой драйвер для питания четырех белых светодиодов со схемой вольтодобавки (Charge Pump) с питанием от источника 2,5…5,5 В (см. рис. 1).
Рис. 1. Функциональная схема микросхемы MP1519
Микросхема изготавливается в миниатюрном 16-выводном корпусе QFN16 размером 3×3 мм. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 2.
Таблица 2. Назначение выводов микросхемы MP1519
№ вывода | Обозначение | Назначение |
1 | LED4 | Выход на анод светодиода 4 |
2 | NC | Не используется |
3, 10 | GND | “Земля” |
4 | C1A | На положительный вывод конденсатора вольтодобавки С1 |
5, 13 | BATT | Вход напряжения питания 2,5…5,5 В |
6 | C2A | На положительный вывод конденсатора вольтодобавки С2 |
7 | C1B | На отрицательный вывод конденсатора вольтодобавки С1 |
8 | LEDC | Выход на катоды светодиодов (общий) |
9 | C2B | На отрицательный вывод конденсатора вольтодобавки С2 |
12 | EN | Вход разрешения включения и регулировки яркости (димминга) светодиодов |
14 | LED1 | Выход на анод светодиода 1 |
15 | LED2 | Выход на анод светодиода 2 |
16 | LED3 | Выход на анод светодиода 3 |
ИМС MP1519 содержит датчик напряжения батареи, контроллер управления, генератор тока, источник опорного напряжения (ИОН) запретной зоны, четыре источника тока (стабилизатора) светодиодов и схему вольтодобавки.
Последовательно с каждым светодиодом внутри микросхемы включен стабилизатор тока (Current Source – источник тока), причем генератор тока управляет режимом всех четырех источников тока. Контроллер управления обеспечивает автоматический выбор режима вольтодобавки, “мягкий” старт и т.п. Схема вольтодобавки преобразует напряжение питания в импульсы частотой 1,3 МГц, которые выпрямляются и заряжают накопительные конденсаторы С1 и С2. При использовании схемы вольтодобавки для питания светодиодов напряжение батареи суммируется с напряжениями на этих конденсаторах. Для правильной работы схемы вольтодобавки конденсаторы С1 и С2 должны иметь одинаковую емкость. Одной из особенностей микросхемы MP1519 является автоматическое переключение кратности вольтодобавки: 1x, 1,5x и 2x. Это обеспечивает оптимально-эффективную стабилизацию токов, а, значит и яркости светодиодов при изменении напряжения питания (например, при старении или замене батареи). Для этого при работе микросхема непрерывно контролирует ток светодиодов и напряжение батареи.
Чтобы предотвратить перегрузку батареи, в микросхеме MP1519 используется “мягкий” запуск и “мягкое” переключение режимов вольтодобавки.
Ток светодиодов задается резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле:
R1(кОм) = 31,25/ILED(мА)
При наличии напряжения питания 2,5…5,5 В на выв. 5 и 13 ИМС включение драйвера обеспечивается подачей высокого уровня напряжения на вход разрешения EN (выв. 12) этой микросхемы. При включении контроллер микросхемы MP1519 анализирует величину напряжения питания, ток светодиодов и включает тот или иной режим кратности вольтодобавки. Драйвер выключается (гашение светодиодов) низким уровнем на выв. 12 с задержкой 30 мкс.
По входу EN может осуществляться как аналоговый, так и ШИМ димминг светодиодов. Именно для ШИМ димминга необходима задержка выключения микросхемы. Для этого на вход разрешения EN подается внешний управляющий ШИМ сигнал частотой 50 Гц…50 кГц. Когда импульс управляющего сигнала заканчивается, ток светодиодов и их яркость плавно уменьшаются до нуля в течение 30 мкс. Чем больше скважность импульсов управления, тем меньше средняя яркость свечения светодиодов. При частоте сигнала управления более 50 кГ ц яркость регулируется неэффективно, а при частоте ниже 50 Гц становится заметным моргание светодиодов.
Для аналогового димминга на выв. 11 MP1519 подается постоянное напряжение регулировки через делитель напряжения R2 R1 (см. рис. 2). Изменением этого напряжения от 0 до 3 В на входе делителя R2 R1 можно изменять ток светодиодов от 0 до 15 мА.
Рис. 2. Цепь регулировки яркости постоянным напряжением
Компания MPS выпускает еще две микросхемы близких по схемотехнике и цоколевке к MP1519 – это MP1519L и MP3011.
Микросхема MP1519L рассчитана на работу с тремя белыми светодиодами и отличается от MP1519 тем, что у MP1519L выв. 1 не используется. Она изготавливается в корпусах QFN16 (3×3 мм) и TQFN16 (3×3 мм). Микросхема MP3011 рассчитана на работу только с двумя белыми светодиодами. У этой микросхемы также не используется выв. 14. Эта микросхема выпускается в корпусе QFN16 (3×3 мм).
Драйверы для питания сверхъярких светодиодов на основе повышающих (Boost, Step-Up) DC/DC-преобразователей от MPS
Подробное описание микросхемы MP2481 можно найти в [2], поэтому рассмотрим следующие микросхемы: MP3204, MP3205, MP1518, MP1523, MP1528, MP1521, MP1529 и MP1517.
Микросхема MP3204 представляет собой классический повышающий DC/DC-преобразователь, который при входном напряжении 2,5…6 В позволяет получить на последовательно соединенных светодиодах постоянное напряжение до 21 В. Максимально к MP3204 можно подключить до пяти светодиодов, но для оптимального управления изготовитель рекомендует подключать к выходу микросхемы три белых светодиода (см. рис. 3).
Рис. 3. Схема включения микросхемы MP3204
Микросхема содержит генератор 1,3 МГц, ШИМ, усилитель сигнала обратной связи, усилитель сигнала от датчика тока и выходной ключ на полевом транзисторе. Она изготавливается в миниатюрном корпусе TSOT23-6. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 3.
Таблица 3. Назначение выводов микросхемы MP3204
№ вывода | Обозначение | Назначение |
1 | SW | Вывод стока выходного ключа |
2 | GND | “Земля” |
3 | FB | Вход цепи обратной связи |
4 | EN | Вход разрешения (включения). Активный уровень – высокий |
5 | OV | Вход защиты по превышению выходного напряжения |
6 | IN | Напряжение питания |
Драйвер на MP3204 (рис. 3) работает следующим образом. Микросхема включается подачей высокого уровня на вход разрешения EN (выв. 4). Когда выходной ключ (выв. 1 и 2) замкнут, через дроссель L1 идет нарастающий ток от источника питания и в сердечнике дросселя создается магнитное поле. Когда выходной ключ размыкается, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции (“+” справа на рис. 4 и “-” слева), которая складывается с напряжением питания схемы. Этим суммарным напряжением через диод D1 заряжается накопительный конденсатор С2. Напряжение с этого конденсатора используется для питания последовательно соединенных светодиодов.
В качестве конденсатора входного фильтра С1 и накопительного конденсатора на выходе С2 обычно используются керамические конденсаторы. Емкость накопительного конденсатора С2 0,22 мкФ достаточна для большинства применений, но ее допустимо увеличить до 1 мкФ. Дроссель L1 должен иметь небольшое сопротивление постоянному току. В позиции D1 устанавливается диод Шоттки с прямым током 100…200 мА. Резистор R1, включенный последовательно со светодиодами, используется как датчик тока светодиодов. Для стабилизации тока светодиодов напряжение с R1, пропорциональное этому току, поступает на вход обратной связи FB микросхемы. Сопротивлением резистора R1 задается ток светодиодов.
Зависимость тока светодиодов от сопротивления резистора R1 приведена в таблице 4.
Таблица 4. Зависимость тока светодиодов от R1
Ток светодиодов, мА | Резистор R1, Ом |
1 | 104 |
5 | 20,8 |
10 | 10,4 |
15 | 6,93 |
20 | 5,2 |
Для защиты источника питания от перегрузки при включении микросхема имеет встроенную схему “мягкого” запуска (soft start).
В микросхеме предусмотрены аналоговый и ШИМ димминг, причем, существуют три различных способа регулировки яркости. Для аналоговой регулировки используется цепь, показанная на рис. 4.
Рис. 4. Цепь аналогового димминга
При изменении регулирующего напряжения от 2 до 0 В ток светодиодов изменяется от 0 до 20 мА.
Кроме аналогового димминга могут использоваться два способа ШИМ димминга.
Суть первого способа заключается в том, что сигнал ШИМ с частотой до 1 кГц подается непосредственно на вход EN (выв. 4). Ток и яркость свечения светодиодов обратно пропорциональны скважности управляющих ШИМ импульсов, то есть прямо пропорциональны длительности этих импульсов.
При втором способе сигнал ШИМ частотой более 1 кГц подают на вход обратной связи FB (выв. 3) через развязывающий фильтр (см. рис. 5).
Рис. 5. Цепь ШИМ димминга по входу FB
Микросхема имеет защиту от перегрузки при уменьшении входного напряжения (Under Voltage Lockout) с порогом срабатывания 2,25 В и гистерезисом 92 мВ и защиту от перегрузки по превышению выходного напряжения, например при обрыве одного из светодиодов. Для этого выходное напряжение преобразователя подается на вход схемы защиты OV (выв. 5). Эта защита срабатывает при значении выходного напряжения 28 В и выключает преобразователь. Для повторной попытки его включения необходимо выключить, а затем опять включить питание схемы.
В микросхеме MP3205, в отличие от MP3204, отсутствует защита по выходному напряжению и вход OV Микросхема MP3205 изготавливается в 5-выводном корпусе TSOT23-5. Выв. 5 корпуса TSOT23-5 этой микросхемы по расположению и по назначению соответствует выв. 6 микросхемы MP3204 в корпусе TSOT23-6.
Очень близки по параметрам и схемотехнике к микросхемам MP3204 и MP3205 микросхемы MP1518 и MP1523, которые рассчитаны на управление до 6-ти светодиодами. MP1518 изготавливается в корпусах TSOT23-6 и QFN-8. Микросхема MP1518 в корпусе TSOT23-6 по выводам полностью совпадает с MP3204.
Микросхема MP1523 изготавливается только в корпусе TSOT23-6 и имеет ряд отличий от MP1518.
Цоколевка микросхемы MP1523 практически совпадает с MP3205, но отличается от нее тем, что выв. 5 (BIAS) MP1523 может подключаться или к плюсу источника питания (2,7…25 В) – почти как выв. 5 (IN) микросхемы MP3205, или к выходу схемы (к катоду D1). В последнем случае в микросхеме MP1523 будет работать схема защиты от перегрузки по превышению выходного напряжения с порогом срабатывания 28 В. Резистор-датчик тока, включенный последовательно со светодиодами, для этой микросхемы должен иметь сопротивление 20 Ом. Микросхема MP1523 не имеет схемы регулировки яркости светодиодов.
Еще один повышающий драйвер для питания 9-ти светодиодов выполняется на микросхеме MP1528 (корпус QFN6 размером 3×3 мм или MSOP8, в нем микросхема в маркируется как MP1528DK). Назначение выводов MP1528 приведено в таблице 5.
Таблица 5. Назначение выводов микросхемы
№ вывода | Обозначение | Назначение | |
QFN6 | MSOP8 | ||
1 | 2 | FB | Вход цепи обратной связи |
2 | 3 | GND | “Земля” |
3 | 4 | SW | Вывод стока выходного ключа |
4 | 5 | BIAS | Вход напряжения питания (смещения) ИМС. При использовании защиты OV он подключен к катоду D1, в другом случае подключен к источнику питания |
5 | 6 | EN | Вход разрешения (включения). Активный уровень – высокий |
6 | 7 | BRT | Вход аналогового и/или ШИМ димминга |
– | 1, 8 | NC | Не используются |
Типовая схема включения микросхемы MP1528 незначительно отличается от остальных рассмотренных выше драйверов (см. рис. 6).
Рис. 6. Схема включения микросхемы MP1528DQ (в корпусе QFN6)
Для обеспечения максимальной яркости свечения светодиодов на вход BRT надо подать напряжение более 1,2 В. Ток светодиодов при максимальной яркости определяется резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле:
R1(кОм) = UВАТТ/(3·ILED(мА))
Аналоговый димминг осуществляется изменением постоянного напряжения на выводе BRT от 0,27 до 1,2 В.
Для обеспечения ШИМ димминга на вход BRT подается ШИМ сигнал частотой от 100 до 400 Гц, низкий уровень которого не должен превышать 0,18 В, а высокий должен быть не менее 1,2 В.
Микросхема имеет защиту от превышения выходного напряжения, с порогом срабатывания 40 В, а также защиту от понижения входного напряжения (порог срабатывания 2,1…2,65 В) и температурную защиту с порогом 160°С.
Один из самых мощных драйверов на DC-DC преобразователях от фирмы MPS – это микросхема MP1529 (мощнее из рассматриваемых ИМС только MP1517). Микросхема MP1529 должна быть особенно интересна читателям, так как она применятся в цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и мобильных телефонах со встроенной цифровой фотокамерой. Она может управлять тремя цепями (линиями) последовательно включенных белых сверхъярких светодиодов.
Две из этих линий (LED1 и LED2) из шести светодиодов каждая, используются для задней подсветки жидкокристаллических (ЖК) индикаторов, а третья (LED3) из четырех светодиодов – для фотовспышки и для освещения объектов в темное время (режим Preview).
Напряжение питания микросхемы MP1529 составляет 2,7…5,5 В, а выходное напряжение – 25 В. Она имеет защиту от превышения выходного напряжения с порогом срабатывания 28 В, а также защиту от понижения входного напряжения с порогом срабатывания 2…2,6 В и гистерезисом 210 мВ. MP1529 имеет также температурную защиту (160°С) и изготавливается в корпусе QFN16 размером 4×4 мм. Назначение выводов MP1529 приведено в таблице 6, а типовая схема включения – на рис. 7.
Таблица 6. Назначение выводов микросхемы MP1529
№ вывода | Обозначение | Назначение |
1 | EN1 | Входы разрешения 1 и 2 (см. таблицу 8). Имеют внутренние подтягивающие резисторы |
2 | EN2 | |
3 | COMP | Выход компаратора на накопительный конденсатор на входе каскада ШИМ |
4 | SS | На конденсатор схемы “мягкого” запуска (ШИМ таймера) |
5 | LED3 | Выход на цепь 4-х светодиодов 3 (вспышки) |
6 | GND | “Земля” |
7 | LED2 | Выход на цепь 6-ти светодиодов 2 (задней подсветки дисплея) |
8 | LED1 | Выход на цепь 6-ти светодиодов 1 (задней подсветки дисплея) |
9 | ISET1 | Выводы подключения резисторов, задающих токи цепей светодиодов LED1/LED2/LED3 соответственно до 30, 150 и 150 мА |
10 | ISET2 | |
11 | ISET3 | |
12 | OUT | Вход схемы защиты от перегрузки |
14 | SW | Вывод стока выходного ключа |
16 | IN | Вход напряжения питания |
13,15 | PGND | “Земля” силовой части |
Рис. 7. Схема включения микросхемы MP1529
Входы разрешения EN1 и EN2 используются для включения различных режимов. Если на обоих входах низкий логический уровень L (0,3 В), то все 16 светодиодов будут погашены. Если на входе EN2 сохранить низкий уровень, а на EN1 установить высокий уровень H (1,4 В), то светодиоды вспышки (LED3) останутся выключенными, а 12 светодиодов подсветки (цепочки LED1 и LED2) будут светиться максимально ярко. Максимальная яркость и ток светодиодов подсветки задаются сопротивлением резистора RS1 (подключен к выв. 9). Если же при этом на вход EN1 подать управляющий ШИМ сигнал частотой 1…50 кГц, то в зависимости от скважности этого сигнала будет меняться яркость свечения светодиодов подсветки. Если на входе разрешения EN2 установить низкий логический уровень, дополнительно включится цепь из четырех светодиодов (LED3) в режиме освещения (preview). При этом ток светодиодов LED3 будет определяться сопротивлением резистора RS2 (выв. 10). Если на вход EN1 подать низкий уровень, а на EN2 высокий то светодиоды подсветки LED1 и LED2 погаснут, а светодиоды LED3 засветятся максимально ярко (режим вспышки). В этом режиме ток светодиодов LED3 задается сопротивлением резистора RS3 (выв. 11).
Сопротивление резисторов RS1, RS2 и RS3 (в кОм) рассчитывается по формулам:
RS1 = (950·USET)/ILED_BL
RS1 = (1100·USET)/ILED_PV
RS1 = (1000·USET)/ILED_FL
где USET – внутреннее опорное напряжение 1,216 В, ILED_BL – ток (в мА) одной из цепей светодиодов задней подсветки LED1 или LED2, ILED_PV – ток (в мА) светодиодов LED3 в режиме освещения, ILED_FL – ток (в мА) светодиодов LED3 в режиме вспышки.
Информация о режимах работы микросхемы MP1529 в зависимости от логических уровней на входах разрешения EN1 и EN2 сведена в таблицу 7.
Таблица 7. Режимы работы микросхемы MP1529 в зависимости от сигналов на входах EN1 и EN2
Режим | Вход | Цепочки светодиодов | ||
EN1 | EN2 | LED1 и LED 2 | LED3 (Flash) | |
Выключено | L* | L | Выключено | Выключено |
Задняя подсветка | H* (ШИМ) | L | Включено (режим ШИМ) | Выключено |
Задняя подсветка и освещение | H (ШИМ) | H | Включено (режим ШИМ) | Ток освещения |
Вспышка | L | H | Выключено | Ток вспышки |
* L – низкий уровень, H – высокий уровень
Конденсаторы С1 и С2 – это накопительные конденсаторы фильтров на входе и выходе схемы соответственно, С3 – накопительный конденсатор фильтра управляющего напряжения на входе каскада ШИМ (этот ШИМ обеспечивает стабилизацию выходного напряжения), С4 – конденсатор схемы “мягкого” запуска (ШИМ таймера).
Микросхема MP1521 при напряжении питания 2,7 В позволяет подключать к ней до 9-ти, а при напряжении питания 5 В – до 15-ти сверхъярких светодиодов. Максимальное напряжение питания ИМС равно 25 В. MP1521 выпускается в корпусах MSOP10 (MP1521EK) и QFN16 (MP1521EQ). Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 8, а схема включения для питания 9-ти светодиодов – на рис. 8.
Таблица 8. Назначение выводов микросхемы MP1521 в корпусах MSOP10, QFN16 (3×3 мм)
№ вывода | Обозначение | Назначение | |
MSOP | QFN | ||
1 | 16 | IN | Вход напряжения питания. Если UBATT |
2 | 2 | EN | Вход разрешения (включения). Активный уровень – высокий (1…10 В) |
3 | 4 | REF | Вывод опорного напряжения 1,23 В с нагрузочной способностью 200 мкА |
4 | 5 | BRT | Вход аналоговой и/или ШИМ регулировки яркости |
5 | 7 | FB3 | Входы обратной связи для 3-х последовательных цепей светодиодов. При подключении одной или двух цепей светодиодов неиспользуемые входы надо подключать к любому используемому |
6 | 8 | FB2 | |
7 | 9 | FB1 | |
8 | 10 | OLS | Вход защиты от повышенного выходного напряжения при обрыве нагрузки (Open Load Shutdown) |
9 | 11, 12 | GND | “Земля” |
10 | 14 | SW | Вывод стока выходного ключа |
– | 1, 3, 6, 13, 15 | N/C | Не используются |
Рис. 8. Схема включения микросхемы MP1521 в корпусе MSOP10
Резисторы R1, R2 и R3 (рис. 8) – датчики тока светодиодов.
При аналоговом димминге на вход EN подают напряжение в пределах 0,3…1,2 В, а при ШИМ диммминге – сигнал ШИМ частотой 100…400 Гц с низким уровнем не более 0,18 В и высоким не более 1,2 В.
Повышающий преобразователь и преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517
Микросхему MP1517 изготовитель рекомендует использовать не только как повышающий DC/DC-преобразователь, но и как преобразователь типа SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter – одновыводной первичный преобразователь на индуктивности). Напряжение питания этой микросхемы лежит в пределах 2,6…25 В. Она изготавливается в корпусе QFN16 размером 4×4 мм. Назначение выводов микросхемы MP1517 приведено в таблице 9, а типовая схема включения – на рис. 9.
Таблица 9. Назначение выводов микросхемы MP1517
№ вывода | Обозначение | Назначение |
1 | COMP | Выход усилителя ошибки схемы стабилизации на RC-фильтр |
2, 6, 14 | NC | Не используются |
3 | BP | Вывод подключения конденсатора развязки внутреннего источника 2,4 В |
4 | EN | Вход разрешения (включения). Активный уровень – высокий (более 1,5 В) |
5, 13 | SGND | “Земля” сигнальной части |
7 | OLS | Вход защиты от повышенного выходного напряжения при обрыве нагрузки (Open Load Shutdown) |
8 | IN | Вход напряжения питания. Если UBATT мало, то IN подключается к выходу |
9, 10 | SW | Вывод стока выходного ключа |
11, 12 | PGND | “Земля” силовой части |
15 | SS | На конденсатор схемы “мягкого” запуска |
16 | FB | Вход цепи обратной связи |
Рис. 9. Типовая схема включения микросхемы MP1517 для питания 18-ти светодиодов
Эта схема отличается от предыдущих (см. рис. 6 или 8) только тем, что для стабилизации тока светодиодов используется датчик тока одной последовательной цепи светодиодов из трех. Поэтому остановимся подробнее только на описании схемы DC/DC-преобразователя типа SEPIC на MP1517 (см. рис. 10).
Рис. 10. DC/DC-преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517
Особенностью преобразователя SEPIC является то, что напряжение на его выходе может быть как больше, так и меньше входного, что обеспечивается наличием разделительного конденсатора С8 (см. [3, 4]). Схема на рис. 10 вырабатывает напряжение 3,3 В на выходе при изменении входного напряжения от 3 до 4,2 В. Всякий преобразователь типа SEPIC собирается на основе импульсного повышающего преобразователя, что легко заметить и на приведенной схеме. Кроме того, этот повышающий преобразователь (на L1, D2) используется для питания самой микросхемы.
Рассмотрим, как работает преобразователь SEPIC на MP1517 в устойчивом режиме.
В результате предыдущей работы к моменту отпирания внутреннего ключа МС на полевом транзисторе конденсатор С8 будет заряжен (“+” – слева на рис. 10, “-” – справа). При открывании этого ключа С8 будет разряжаться через дроссель L2, в котором будет накапливаться энергия видеизменяю-щегося магнитного поля. Кроме того, магнитную энергию будет накапливать и дроссель L1, по которому будет протекать нарастающий ток от источника питания через этот же внутренний ключ микросхемы. При запирании ключа в дросселе L1 возникает ЭДС (“+” – справа, “-” – слева), которая складывается с напряжением источника питания и заряжает С8 (“+” – слева, “-” – справа) через D1 и конденсатор С2. Помимо этого, в L2 возникает ЭДС (“+” – вверху, “-” – внизу), заряжающая С2 через D1. При следующем отпирании внутреннего ключа микросхемы процесс повторится.
Величина напряжения на выходе преобразователя (на С2) зависит в первую очередь от скважности импульсов управления ключом и от тока нагрузки.
R1 R2 – делитель напряжения обратной связи, которая обеспечивает стабилизацию выходного напряжения, С6 – конденсатор фильтра напряжения ошибки. С5 – развязывающий резистор, а С4 – конденсатор схемы “мягкого” запуска.
Литература
1. Денг К. “Сравнение емкостных и индуктивных преобразователей постоянного тока”. “Электронные компоненты”. №8. 2007.
2. Цветков Д. “Новый регулируемый DC/DC-преобразователь для питания мощных светодиодов”. “Современная Электроника”. № 9. 2008.
3. Иоффе Д. “Разработка преобразователей импульсного напряжения с топологией SEPIC”. “Компоненты и технологии”. №9. 2006.
4. Ридли Р. “Анализ преобразователя SEPIC”. “Компоненты и технологии”. №5. 2008.
Автор: Игорь Безверхний (г. Киев)
Источник: Ремонт и сервис
Дата публикации: 19.08.2016
Мнения читателей
Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
www.radioradar.net
Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
Я публиковал несколько обзоров светодиодов, пришло время написать чем их можно кормить.В обзоре учавствуют три позиции деталей (ссылки и цены присутствуют), но все они нужны для одной цели, сделать драйвер для светодиода.
Сразу извиняюсь за заглавное фото, оно упорно пытается масштабироваться по своему, исправить я не смог, более правильное на странице продавца.
Все знают, что светодиоды питаются током, желательно стабилизированным, что бы не менялась яркость при изменении напряжения. Для этой цели служит драйвер, по сути стабилизатор тока.
Ограничивать ток можно простыми микросхемами типа LM317 и специально предназначенными для этого стабилизаторами тока (на муське есть обзор одной такой детали), но они выделяют обычно достаточно много тепла, так как имеют низкий КПД. А ведь преимущество светодиодов как раз в высоком КПД.
Более интересными являются импульсные стабилизаторы тока, они посложнее, но имеют гораздо больший КПД, особенно если напряжение питания сильно отличается от напряжения на светодиоде.
Но ведь всегда приятнее сделать что то своими руками. Собственно я так и решил, заказывая компоненты для драйвера.
Возможно я изобретаю велосипед. Но в обзоре учавствуют компоненты, которые пригодятся для многих других задач, и возможно многим будет полезна информация о том, что на продают и что мы получаем на самом деле.
Начну собственно с микросхемы. Это довольно хорошо известная любителям светодиодов PT4115. описание — www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdf
Микросхема имеет вывод для управления яркостью. Вход, насколько я понял, может управляться и ШИМом или изменением напряжения. Вход довольно высокоомный, так как при прикосновении к этому выводу светодиод начинал мерцать с частотой 100Гц.
Стоимость лота из 10 штук — 2 доллара.
После заказа микросхемы продавец отписался что посылка будет без трека и спросил, устроит ли это меня, я решил что 2 доллара не те деньги что бы сильно беспокоиться и дал добро.
Внутри был пакетик с необходимыми мне микросхемами.
Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Проверил одну микросхему, подключив ее навесным монтажом, отписал продавцу что все в порядке, подтвердил получение и стал ждать остальные детали.
После этого пришли дроссели. aliexpress.com/item/NEW-12-12-7-68UH-standard-word-680-shielded-inductor-SMD-Power-Inductors-20pieces/1496762525.html
Стоимость лота из 20 штук 7.36 доллара.
Их уже принесли мне на дом (впрочем как и следующий заказ).
Они были упакованы в картонную коробочку, хотя мне такая мера кажется излишней.
К слову у нас такие дроссели стоят значительно дороже, да и покупал я их не только для этого.
Собственно дроссели, Индуктивность 68 мкГн, ток 1.6 или 1.8 Ампера (у продавца не указано, потому ориентировочно), размеры 12х12х7мм.
Замер индуктивности показал отклонение в пределах погрешности.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
Аналогично первому случаю подтвердил заказ, оставил хороший отзыв.
Ну и в конце пришли диоды Шоттки. Так как вещь в хозяйстве нужная, то заказал я их сотню.
Хотел больше, но не стал рисковать.
aliexpress.com/item/Free-Shipping-100pcs-IN5822-SS34-DO-214AC-1N5822-SMD-Schottky-Barrier-Diodes/882503650.html
Цена лота из 100 штук 5.26 доллара. У нас они тоже стоят дороже.
Диоды промаркированы как SS34, на самом деле они меньше, по габаритам и характеристикам полностью соответствуют диодам SS24. www.onsemi.ru.com/pub_link/Collateral/SS24-D.PDF
Сделал замер падения напряжения на диоде при токе в 1 Ампер и меня он устроил.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
На этом часть закупок на Алиэкспресс закончилась.
В принципе на этом можно было и обзор закончить, но купить детали и не опробовать их в деле было бы неправильно. Потому естественно было решено довести дело до какого то логического конца.
Когда был у нас на рынке, попутно купил smd резисторы 1206 сопротивлением 1 Ом для датчика тока.
Думал сначала купить сразу низкоомные резсторы как в даташите на микросхему, но они выходят значительно дороже и если захочется настроить на разные токи, то надо покупать несколько номиналов, в общем неудобно, а резисторы 1 Ом я и так иногда использую.
в итоге получилось, что 1 такой резистор примерно соответствует току 0.1 Ампера, два параллельно 0.2 Ампера и т.д. smd резисторы и конденсаторы удобно паяются друг на друга потому можно легко подбирать необходимый ток.
Конденсаторы на входной фильтр питания и обрезки текстолита у меня были, а больше ничего не требуется.
Ну в общем стал я изобретать свой велосипед драйвер. накидал побыстрому платку в Спринте, схема из даташита, потому придумывать ничего не пришлось.
Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
Печатная плата в Спринте 6
Перенёс на текстолит.
Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Вытравил, просверлил отверстия, порезал на отдельные платки, пролудил дорожки и промыл от остатков флюса.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
Собрал все необходимые компонетыМикросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
На выходе получилась такая платка, она больше по размерам чем продающиеся у китайцев, но имеет более мощный дроссель и два параллельных диода, соответственно меньшие потери и большую надежность, а габариты мне были совершенно некритичны.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
После этого естественно захотелось проверить (куда же без этого).
Проверял с этими светодиодами — mysku.ru/blog/aliexpress/24091.html
Попутно выяснилось, что микросхема ток стабилизирует нормально, но все равно при полуторакратном повышении напряжения на входе, ток на выходе хоть несильно, но меняется.
Но я немного грешу на то, что может быть большая погрешность из-за пульсирующего тока (выходной ток измерял последовательно со светодиодом).
Можно было конечно померять ток при помощи резистора и осциллографа, но я счел это излишним, так как хорошо было заметно переход с линейного режима до ограничения тока, и последующий переход в режим стабилизации в режиме с ШИМ стабилизацией.
Номинал шунта был 1/6=0,166 Ома.
При таких параметрах на входе, на выходе был ток 0.7 Ампера.
Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.При таких ток на выходе был 0.65 АмпераМикросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
Перед пороговым напряжением перехода в режим ШИМ стабилизации я получил максимальный ток —Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.
Кстати, при очень плавном повышении напряжения питания заметен переход, яркость светодиода сначала плавно увеличивается, после перехода скачкообразно снижается процентов на 10, после этого (при дальнейшем повышении входного напряжения) больше не меняется.
Видимо так микросхема отрабатывает включение ШИМ стабилизации.
Нагрев при токе 600мА практически не чувствуется, бесконтактно мерять нечем, а контактное измерение внесет большую погрешность.
Пробовал давать на выход 1 Ампер, нагрев конечно увеличивался, но несильно. да и нагрев был только у микросхемы. В общем остался доволен.
Спросите почему не купил готовое на том же Али?
-Детали пригодятся и в других поделках.
-Хотелось немного «размять руки».
-Решил протестировать не готовое устройство, а детали, так как их применяют не только в драйверах.
-На выходе получил устройство надежнее, чем предлагают магазины Китая.
Очень надеюсь, что данный обзор будет полезен.
www.kirich.blog
Светодиодные драйверы. Мой путь. — DRIVE2
Пошел второй год, как я начал мастерить, что-либо из светодиодов. Сегодня я хочу рассказать свой путь освоения стабилизаторов тока для питания светодиодов. Здесь не будет ничего разжевываться, только обмен опытом и мои мысли по данной теме. Многое из того, что я здесь опишу, применялось для переделок освещения багажника и салона моей машины.
Первое, что было освоено, это, разумеется, линейный стабилизатор тока на всеми любимой и широко распространенной микрухе LM-317. Как и многие микрухи, она доступна в огромном количестве разнообразных корпусов. Кроме основного её корпуса TO-220, во многих случаях удобнее применять более компактные корпуса – SOT-223 и SOIC-8, что я и делаю.
Стаб. для задних плафонов освещения салона. LM-317 в корпусе SOIC-8.
«На скорую руку», использовался как временный вариант питания плафона багажника. LM317 в корпусе SOT-223 и пара SMD резисторов для набора нужного сопротивления и мощности. Ток около 330мА. Плата из фольгированного алюминия одновременно играет роль радиатора. Т.к. драйвер просто валялся под обшивкой потолка, для изоляции залил его лаком для ногтей.
Что нравится в LM-317. Экстремально дешево и просто. Что не нравится – большое падение напряжения «вход-выход», особенно с учетом потери 1,25В на токовом резисторе. В результате, в бортовой сети авто для питания цепочек из трех белых СИД, при заглушенном двигателе светильник даже может не выйти на рабочий ток. И его уж точно будет колбасить во время заводки двигателя. Посему вопрос, может ли кто подсказать линейные стабилизаторы с малым падением напряжения и/или опорным напряжением менее 1,25В? Есть хорошие специализированные микрухи от мною любимых ON semiconductor, например NSI45020A. Это микруха с двумя выводами в корпусе SOD-123 (по сути, это размер SMD3528), она не требует никакого обвеса, дает стабильный ток 20мА и может держать на себе до 45В. При этом минимальное падение напряжения на ней 1,8В, что уже приятнее, чем у LM317. В этой линейке есть аналогичные микрухи на 25 и 30мА. Разумеется, их можно параллелить, набирая нужный ток. Они совершенны, но их, к сожалению, трудно достать, особенно по разумной цене (менее 6-7р). На ибее их нет, у крупных продавцов компонентов при маленькой партии ценник на них не гуманный.
Вообще, это был TO корпус. Я подрезал ему фланец, подрезал и загнул ноги и припаял к плате. Две грядки танталовых конденсаторов (куда я их столько лепил тогда?!) и катушка, вставленная в дырку в плате для снижения общей толщины сборки.
Вторая сторона сдвоенный операционник LM358 с резисторами обратной связи, диод шоттки, и грядка одноомных резисторов, образующие токовый сенсор.
Потом я собрал вот такое чудо.
Все тоже самое, только монтаж объемный и все к чертям залито эпоксидкой. Настроен на 1А выходного тока. Валяется без дела.
Потом потихоньку начал врубаться, что LM2576 не уникальна и есть еще много микрух для построения DC-DC. Делая свет в багажник, решил попробовать собрать Boost преобразователь.
Не помню, где я её нарыл, но в то время узнал я про такую MC34063. Вроде она даже популярна, более того, есть хороший онлайн калькулятор , который по исходным данным автоматически генерирует схему с нужными номиналами элементов. Она была чуть компактнее (копус DIP-8), вроде частота преобразования повыше, не помню уже, ток до 1,5А, вроде. На этом её плюсы заканчивались. Все те же 1,25В «опорного», также нужен операционник. Хотя для повышающего преобразователя можно было его и не ставить, но я поставил. Собрал все на макете, вроде работает. Собрал на чистовую с ошибками. Пока их устранял, то ли микруха сдохла, то ли еще что, но мой boost не заработал. Air-Seller мне тогда сказал, что они какие-то непредсказуемые и посоветовал NCP3066. Почитав даташит, понял, что это она! Единственная! ))) Это типичная микросхема, для построения как повышающих, так и понижающих DC-DC конвертеров. Но!
• Миниатюрный корпус SOIC-8;
• Микруха позиционируется как заточенная именно под питание светодиодов, отсюда низкое опорное напряжение 0,235В. ОУ больше не нужен;
• Имеется управляющий вход, который позволяет управлять включением микросхемы и может использоваться для ШИМ регулировки яркости;
• Частота преобразования (до 250кГц) выставляется внешним конденсатором;
В остальном, эффективный встроенный ключ до 1,5А, да и наверное все. Да, есть две версии микрухи: MCP-3066 и MCV-3066. Последняя отличается расширенными до -40 градусов диапазоном рабочих температур. Обычная MCP на бумаге работает только от 0 градусов. По факту, в -7, вроде как работает, ниже пока не пробовал. Калькулятора я на неё в таком виде, как у MC34063 не нашел. Я нашел кое-что более впечатляющее. После регистрации на сайте производителя , доступным становится онлайн разработка. Выглядит это так. Тебе дается список микросхем AC-DC и DC-DC конвертеров с кратким описанием характеристик. Рядом с каждой микрухой есть ссылка на даташит и магическая кнопочка «design it». Если на неё нажать, система предлагает ввести исходные данные: диапазон входных напряжений, напряжение светодиода, количество светодиодов в цепочке, выходной ток, ток, при котором срабатывает защита и непонятный для меня параметр LED Impedance . Ну я понимаю, что это сопротивление светодиода, но что за сопротивление? Какое оно должно быть и влияет ли этот параметр на разработку. По умолчанию стоит 1,27Ом. В большинстве случаев, система не ругается на это значение, но в некоторых случаях при попытке разработки, выкидывает ошибку, что, мол, сопротивление диода должно быть равно напряжению, деленному на ток. Примерно, высчитываешь сопротивление, подставляешь, все работает. Система автоматически определяет, какой получается преобразователь – понижающий или повышающий. Также она следит за тем, чтобы не были превышены максимальные параметры, например напряжение. При этом по току ошибок не выскакивает никогда: если ток превышен, она просто добавляет в схему внешний ключ и все. После генерации, система выдает готовую схему со всеми номиналами. Если есть желание, её тут же можно прогнать в виртуальном симуляторе, который сгенерирует осциллограммы основных напряжений. Также генерируется перечень необходимых компонентов, во многих случаях вплоть до конкретных моделей диодов, дросселей и т.д. Все это одним кликом сохраняется в PDF. Собственно, на данном этапе я так и проектирую свои драйверы. Есть и неприятные моменты. Например, иногда она генерирует схему явно с ошибками, оставляя висеть в воздухе некоторые вывода микросхемы. Также не вызывает доверия расчет номинала дросселя. Бывает чуть чуть меняешь параметры, например, Uвх c 9,6…14,4В (это по умолчанию) на 11…14В, или ток чуть снизишь и индуктивность дросселя меняется сразу на два номинала, например, со 100мкГн падает сразу до 47, минуя 68мкГн. Как-то подозрительно. Еще жаль, что нельзя выбрать частоту преобразования. Система выбирает её как-то по-своему. Причем, под степ ап всегда задирает под максимум, а для понижающего конвертора, почему-то, выбирает поменьше.
Пользуясь вышеописанными благами цивилизации, было изготовлено несколько степ даунов (штурманский свет) и один степ ап (освещение багажника).
Таблица исходных данных, под которые рассчитывалась схема.
Сама схема. Типичный Buck конвертер с небольшими особенностями.
На схеме управляющий вывод микросхемы висит в воздухе, предполагая внешнее управление. Мне это не нужно, поэтому в соответствие с даташитом, вешаем эту ногу на входной «+» через 10к резистор. Также на схеме мне непонятно назначение R3, R5 и С6 Могу только предположить, что R3 зачем-то подтягивает частотозадающую ногу ко входному напряжению, а R5 и С6 образуют какой-то фильтр на входе обратной связи.
Первая реализация данной схемы выглядела так.
Вместе с самим драйвером, на плате присутствует 5 ваттный Cree XP-G.
Работает, но есть вопросы. Измеренный КПД ниже 70%, но вопрос не в этом, когда выходное напряжение так сильно отличается от входного, это нормально. Вопрос в том, что на заданный ток драйвер выходит, почему-то, чуть ли не при 14В входного напряжения. На что грешить – не знаю.
Степ ап в багажник.
Кроме RC цепочки в цепи ОС, мне непонятно назначение стабилитрона. У кого ни будь есть мысли на этот счет?
Ну и сама реализация.
www.drive2.ru
Драйверы для светодиодных лампочек.
Небольшая лабораторка на тему «какой драйвер лучше?» Электронный или на конденсаторах в роли балласта? Думаю, что у каждого есть своя ниша. Постараюсь рассмотреть все плюсы и минусы и тех и других схем. Напомню формулу расчёта балластных драйверов. Может кому интересно?Свой обзор построю по простому принципу. Сначала рассмотрю драйверы на конденсаторах в роли балласта. Затем посмотрю на их электронных собратьев. Ну а в конце сравнительный вывод.
А теперь перейдём к делу.
Берём стандартную китайскую лампочку. Вот её схема (немного усовершенствованная). Почему усовершенствованная? Эта схема подойдёт к любой дешёвой китайской лампочке. Отличие будет только в номиналах радиодеталей и отсутствии некоторых сопротивлений (в целях экономии).
Бывают лампочки с отсутствующим С2 (очень редко, но бывает). В таких лампочках коэффициент пульсаций 100%. Очень редко ставят R4. Хотя сопротивление R4 просто необходимо. Оно будет вместо предохранителя, а также смягчит пусковой ток. Если в схеме отсутствует, лучше поставить. Ток через светодиоды определяет номинал ёмкости С1. В зависимости от того, какой ток мы хотим пропустить через светодиоды (для самодельщиков), можно рассчитать его ёмкость по формуле (1).
Эту формулу я писАл много раз. Повторюсь.
Формула (2) позволяет сделать обратное. С её помощью можно посчитать ток через светодиоды, а затем и мощность лампочки, не имея Ваттметра. Для расчётов мощности нам ещё необходимо знать падение напряжения на светодиодах. Можно вольтметром измерить, можно просто посчитать (без вольтметра). Вычисляется просто. Светодиод ведёт себя в схеме как стабилитрон с напряжением стабилизации около 3В (есть исключения, но очень редкие). При последовательном подключении светодиодов падение напряжения на них равно количеству светодиодов, умноженному на 3В (если 5 светодиодов, то 15В, если 10 — 30В и т.д.). Всё просто. Бывает, что схемы собраны из светодиодов в несколько параллелей. Тогда надо будет учитывать количество светодиодов только в одной параллели.
Допустим, мы хотим сделать лампочку на десяти светодиодах 5730smd. По паспортным данным максимальный ток 150мА. Рассчитаем лампочку на 100мА. Будет запас по мощности. По формуле (1) получаем: С=3,18*100/(220-30)=1,67мкФ. Такой ёмкости промышленность не выпускает, даже китайская. Берём ближайшую удобную (у нас 1,5мкФ) и пересчитываем ток по формуле (2).
(220-30)*1,5/3,18=90мА. 90мА*30В=2,7Вт. Это и есть расчетная мощность лампочки. Всё просто. В жизни конечно будет отличаться, но не намного. Всё зависит от реального напряжения в сети (это первый минус драйвера), от точной ёмкости балласта, реального падения напряжения на светодиодах и т.д. При помощи формулы (2) вы можете рассчитать мощность уже купленных лампочек (уже упоминал). Падением напряжения на R2 и R4 можно пренебречь, оно незначительно. Можно подключить последовательно достаточно много светодиодов, но общее падение напряжения не должно превышать половины напряжения сети (110В). При превышении этого напряжения лампочка болезненно реагирует на все изменения напряжения. Чем больше превышает, тем болезненнее реагирует (это дружеский совет). Тем более, за этими пределами формула работает неточно. Точно уже не рассчитать.
Вот появился очень большой плюс у этих драйверов. Мощность лампочки можно подгонять под нужный результат подбором ёмкости С1 (как самодельных, так и уже купленных). Но тут же появился и второй минус. Схема не имеет гальванической развязки с сетью. Если ткнуть в любое место включенной лампочки отвёрткой-индикатором, она покажет наличие фазы. Трогать руками (включенную в сеть лампочку) категорически запрещено.
Такой драйвер имеет практически 100%-ный КПД. Потери только на диодах и двух сопротивлениях.
Его можно изготовить в течение получаса (по-быстрому). Даже плату травить необязательно.
Конденсаторы заказывал эти:
aliexpress.com/snapshot/310648391.html
aliexpress.com/snapshot/310648393.html
Диоды вот эти:
aliexpress.com/snapshot/6008595825.html
Но у этих схем есть ещё один серьёзный недостаток. Это пульсации. Пульсации частотой 100Гц, результат выпрямления сетевого напряжения.
У различных лампочек форма незначительно будет отличаться. Всё зависит от величины фильтрующей ёмкости С2. Чем больше ёмкость, тем меньше горбы, тем меньше пульсации. Необходимо смотреть ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. Там же формула для расчёта (приложение Г).
Но это не всё. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». В зависимости от предназначения помещения максимально допустимые пульсации от 10 до 20%.
В жизни ничего просто так не бывает. Результат простоты и дешевизны лампочек налицо.
Пора переходить к электронным драйверам. Здесь тоже не всё так безоблачно.
Вот такой драйвер я заказывал. Это ссылка именно на него в начале обзора.
Почему заказал именно такой? Объясню. Хотел сам «колхозить» светильники на 1-3Вт-ных светодиодах. Подбирал по цене и характеристикам. Меня устроил бы драйвер на 3-4 светодиода с током до 700мА. Драйвер должен иметь в своём составе ключевой транзистор, что позволит разгрузить микросхему управления драйвером. Для уменьшения ВЧ пульсаций по выходу должен стоять конденсатор. Первый минус. Стоимость подобных драйверов (US $13.75 /10 штук) отличается в бОльшую сторону от балластных. Но тут же плюс. Токи стабилизации подобных драйверов 300мА, 600мА и выше. Балластным драйверам такое и не снилось (более 200мА не рекомендую).
Посмотрим на характеристики от продавца:
[input voltage] ac85-265v” that everyday household appliances.”А вот диапазон выходных напряжений маловат (тоже минус). Максимум, можно подцепить последовательно пять светодиодов. Параллельно можно подцеплять сколько угодно. Светодиодная мощность считается по формуле: Ток драйвера умножить на падение напряжения на светодиодах [количество светодиодов (от трёх до пяти) и умножить на падение напряжения на светодиоде (около 3В)].
[output voltage] load after 10-15v; can drive 3-4 3w led lamp beads series
[output current] 600ma
Ещё один большой недостаток этих драйверов – большие ВЧ помехи. Некоторые экземпляры слышит не только ФМ радио, но и пропадает приём цифровых каналов ТВ при их работе. Частота преобразования составляет несколько десятков кГц. А вот защиты, как правило, никакой (от помех).
Под трансформатором что-то типа «экрана». Должно уменьшить помехи. Именно Этот драйвер почти не фонит.
Почему они фонят, становится ясно, если посмотреть на осциллограмму напряжения на светодиодах. Без конденсаторов ёлочка куда серьёзнее!
На выходе драйвера должен стоять не только электролит, но и керамика для подавления ВЧ помех. Высказал своё мнение. Обычно стоит либо то либо другое. Бывает, что ничего не стоит. Это бывает в дешёвых лампочках. Драйвер спрятан внутри, предъявить претензию будет сложно.
Посмотрим схему. Но предупрежу, она ознакомительная. Нанёс только основные элементы, которые необходимы нам для творчества (для понимания «что к чему»).
Микросхема 3106 отслеживает выходные параметры преобразователя через обратную связь с вспомогательной обмотки трансформатора и управляет ключевым транзистором. Попытки найти информацию на эту МС в Интернете ничего не дала. RS1 RS2 — токозадающие резисторы. От их номинала зависит выходной ток драйвера. RS1 (1 Ом) – основной, при помощи RS2 (33 Ом) выходной ток подгоняется более точно.
Оказывается, и у этих драйверов можно регулировать выходной ток. Снял зависимость выходного тока от сопротивления RS (может кому пригодится).
Регулировать ток при помощи выносного переменного резистора не получится. Паразитные ёмкости и индуктивности никто не отменял.
А теперь на счёт применимости.
В этот светильник что только не вклеивал (был обзор). Теперь приклеил 1-Вт-ные светодиоды. К ним буду подключать обозреваемые драйверы, так нагляднее.
А вот так он светит.
Всего 12 светодиодов (6 пар). Для равномерного распределения света самое оптимальное количество. Для эксперимента тоже лучше не придумаешь.
Один из вариантов подключения к драйверу с балластом на конденсаторах.
С1=1,5мкФ+1,2мкФ=2,7мкФ. Чтобы посчитать мощность, необходимо посчитать ток по формуле (2).
I=(228В-36В)*2,7мкФ/3,18=163мА. Мощность считается по формуле из школьного учебника физики.
Р= 36В*0,163А=5,9Вт.
А теперь посмотрим, что показывают приборы.
Погрешность в расчётах присутствует. Кстати, на мелких мощностях приборчик тоже подвирает.
А теперь посчитаем пульсации (теория в начале обзора). Посмотрим, что же видит наш глаз. К осциллографу подключаю фотодиод. Два снимка объединил в один для удобства восприятия. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что пульсации частотой до 300Гц вредны для здоровья. А у нас около 100Гц. Для глаз вредно.
У меня получилось 20%. Необходимо смотреть Санитарные нормы СНиП 23-05-95 «ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОСВЕЩЕНИЕ». Использовать можно, но не в спальне. А у меня коридор. Можно СНиП и не смотреть.
А теперь посмотрим другой вариант подключения светодиодов. Это схема подключения к электронному драйверу.
Итого 3 параллели по 4 светодиода.
Вот, что показывает Ваттметр. 7,1Вт активной мощности.
Посмотрим, сколько доходит до светодиодов. Подключил к выходу драйвера амперметр и вольтметр.
Посчитаем чисто светодиодную мощность. Р=0,49А*12,1В=5,93Вт. Всё, что не хватает, взял на себя драйвер.
Теперь посмотрим, что же видит наш глаз. Слева лампочка выключена. Справа – лампочка включена. Частота повторения импульсов около 100кГц. Смотрим ГОСТ Р 54945-2012. А там чёрным по белому написано, что вредны для здоровья только пульсации частотой до 300Гц. А у нас около 100кГц. Для глаз безвредно.
Всё рассмотрел, всё измерил.
Теперь выделю плюсы и минусы этих схем:
Минусы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
-Во время работы КАТЕГОРИЧЕСКИ нельзя касаться элементов схемы, они под фазой.
-Невозможно достичь высоких токов свечения светодиодов, т.к. при этом необходимы конденсаторы больших размеров. А увеличение ёмкости приводит к большим пусковым токам, портящим выключатели.
-Большие пульсации светового потока частотой 100Гц, требуют больших фильтрующих ёмкостей на выходе.
Плюсы лампочек с конденсатором в роли балласта по сравнению с электронными драйверами.
+Схема очень проста, не требует особых навыков при изготовлении.
+Диапазон выходных напряжений просто фантастический. Один и тот же драйвер будет работать и с одним и с сорока последовательно соединёнными светодиодами. У электронных драйверов выходные напряжения имеют намного более узкий диапазон.
+Низкая стоимость подобных драйверов, которая складывается буквально из стоимости двух конденсаторов и диодного моста.
+Можно изготовить и самому. Большинство деталей можно найти в любом сарае или гараже (старые телевизоры и т.д.).
+Можно регулировать ток через светодиоды подбором ёмкости балласта.
+Незаменимы как начальный светодиодный опыт, как первый шаг в освоении светодиодного освещения.
Есть ещё одно качество, которое можно отнести как к плюсам, так и к минусам. При использовании подобных схем с выключателями с подсветкой, светодиоды лампочки подсвечиваются. Лично для меня это скорее плюс, чем минус. Использую повсеместно как дежурное (ночное) освещение.
Умышленно не пишу, какие драйверы лучше, у каждого есть своя ниша.
Я выложил по максимуму всё, что знаю. Показал все плюсы и минусы этих схем. А выбор как всегда делать вам. Я лишь постарался помочь.
На этом всё!
Удачи всем.
mysku.ru
СВЕТОДИОДНЫЙ ДРАЙВЕР НА МИКРОСХЕМЕ
Недавно понадобился драйвер на 1 Вт светодиод, имеющий параметры 3,5 В 700 мА. Нарисовал печатную плату для популярного DC-DC инвертора, собранного по классической схеме на МС34063, аналог промышленной, может пригодится кому. Вот архив с Lay, в котором и сама программа по расчёту обвязки.
Схема LED драйвера 1 Вт на МС34063
- Ct =116 pF
- Ipk =1400 mA
- Rsc =0.214 Ohm
- Lmin =20 uH
- Co =88 uF
- R1 =1k R2 =1.8k (3,5 В)
Параметры драйвера
- Входное напряжение 14 В
- Выходное напряжение 3,5 В
- Выходной ток 700 мА
- Напряжение пульсаций на нагрузке 20 мВ
- Частота преобразования 100 кГц
Функции элементов схемы
- Ct — емкость конденсатора задающего частоту работы преобразователя.
- Ipk — пиковый ток через индуктивность. Именно на этот ток она и должна быть расчитанна.
- Rsc — резистор который отключит микросхему если номинальный ток превышен. Убережет преобразователь от КЗ и другого неаккуратного обращения. Если сопротивление этого резистора слишком мало (меньше 1 ома) то он собирается из нескольких включенных параллельно резисторов.
- Lmin — минимальная индуктивность катушки. Больше можно, меньше — нет.
- Co — конденсатор фильтра. Чем он больше тем меньше пульсаций, должен быть LOW ESR типа. В принципе можно им не увлекаться, а поставить еще LC фильтр. Это позволит очень значительно уменьшить пульсации.
- R1, R2 — делитель напряжения, который задает выходное напряжение драйвера. Один из этих резисторов можно сделать подстроечным, тогда можно будет точно установить выходное напряжение.
Диод должен быть сверхбыстрым (ultrafast) или диодом шоттки с допустимым обратным напряжение не менее чем в 2 раза превышающим выходное.
Напряжение питания микросхемы не должно быть больше 40 вольт, а ток Ipk не должен превышать 1,5 А.
Итак, собрал драйвер на плате, опробовал, работает как и положено. При указанных при расчёте в программе сопротивлениях, выдаёт 3,6 В, что не есть совсем хорошо. Заменю R2 на 3,6К а R3 на 6,2К. При остальных неизменных номиналах выход должен быть 3,4 В 700 мА. Дроссель на проверку поставлен неизвестный, позже будет заменён.
Подведём итог. Драйвер работоспособен и рекомендован для повторения. При изменении номиналов радиоэлементов, он может питать не только 1-ваттные светодиоды, но и другой мощности и напряжений, вплоть до 10 ватт. Его можно использовать как в LED фонариках, так и для освещения салона автомобиля или диодных фар. Специально для сайта Radioskot.ru – Igoran.
Форум по светодиодам
Обсудить статью СВЕТОДИОДНЫЙ ДРАЙВЕР НА МИКРОСХЕМЕ
radioskot.ru
Отечественные микросхемы драйверов светодиодов | Техника и Программы
В табл. 3.12 приведен перечень основных отечественных типов ИМС базовой серии драйверов светодиодов, предназначенных для управления различными типами светодиодов и источников света на их основе.
Таблица 3.12. ИМС драйверов светодиодов, выпускаемых отечественной промышленностью
Таблица 3.12 (продолжение)
Таблица 3.12 (окончание)
Здесь представлены их основные технические характеристики, функциональное назначение, типы корпусов, отличительные особенности. На основании этой таблицы разработчик радиоэлектронной аппаратуры может выбрать конкретный тип микросхемы, в наибольшей степени соответствующий условиям решаемой им технической задачи по созданию высокоэффективного энергосберегающего светодиодного источника.
Действительно, спектр используемых напряжений питания Ucc этих микросхем лежит в диапазоне минимальных значений 2,5—10 В до 20—400 В при частотах работы от 20—30 кГц до 0,8-1,6 МГц. Собственные максимальные токи потребления микросхем лежат в диапазоне от 0,1 мкА (в состоянии) «выключено») до 0,35 мкА, выходные токи светодиодов — от 5 мА до 1,5 А.
Если у большинства перечисленных в табл. 3.12 микросхем имеются зарубежные функциональные аналоги, то у ряда оригинальных микросхем присутствуют дополнительные функциональные возможности, существенно упрощающие их использование в составе законченных блоков и узлов радиоаппаратуры.
Так, например, при использовании в составе электронного блока управления светодиодным светильником микросхемы высоковольтного драйвера с повышенной надежностью типа TKL201 не требуется использовать обязательные для других микросхем внешние электролитические конденсаторы. А в конструкции кристалла этой микросхемы имеются встроенные блоки дополнительной защиты от перегрева кристалла, от повышенного напряжения, от повышенного тока и др. Для реализации этих функций в микросхемах используются компараторы на рМОП и пМОП-транзисторах. Необходимым условием работы компараторов является стабильность их порогов для обеспечения требуемых параметров микросхем (см. цв. вклейку, рис. 3.82*).
Для аппаратуры с батарейным питанием широко применяют ИМС драйверов светодиодов на основе повышающего преобразования, т.е. применяют повышающий импульсный стабилизатор. На рис. 3.83 представлена функциональная схема микросхемы повышающего стабилизатора IZ1937 (драйвера для трех белых светодиодов, питающегося от литий-ионной батареи), предназначенного для управления светодиодами белого цвета, а на рис. 3.84 — типовая схема ее применения в составе устройства светодиодной подсветки.
Рис. 3.83. Функциональная схема микросхемы ΙΖ1937
Рис. 3.84. Типовая схема применения микросхемы ΙΖ1937: VD1 — диод Шоттки; VD2-VD4 — светодиоды
Вход V|N повышающего импульсного стабилизатора для управления светодиодами белого цвета подключается к батарее или аккумулятору. С течением времени любая батарея или аккумулятор разряжается. Напряжение на выводе FB (Fly Back) стабилизатора всегда постоянно, что обеспечивается использованием встроенного широтно-импульсного модулятора, и составляет порядка 100 мВ. Следовательно, стабилизируется и величина тока, протекающего через светодиоды LED1, LED2, LED3. Частота работы стабилизатора составляет 1,2 МГц. Численное значение тока через светодиоды задается номиналом резистора R1 (от 5 мА при R\ = 19,1 Ом до 20 мА при Л1 = 4,75 Ом).
На рис. 3.85—3.87 приведены типовые схемы применения других микросхем IL7150N, IL7150D; IL9910; IZ9921/22/23. Как видно из этих рисунков, функциональные возможности и электрические параметры представленных в табл. 3.12 микросхем позволяют создавать широкий спектр энергосберегающих высокоэффективных светодиодных источников освещения для разных типов выпускаемых промышленностью светодиодов с применением минимального количества внешних по отношению к микросхемам дискретных элементов (резисторов, диодов, конденсаторов, индуктивностей и транзисторов). Более подробную информацию о микросхемах для светодиодной техники и особенностях их практического применения в составе конкретных осветительных приборах можно получить в литературе [36—42].
Рис. 3.85. Типовая схема применения микросхемы IL7150N, IL7150D
Рис. 3.86. Типовая схема применения микросхемы IL9910
Рис. 3.87. Типовая схема применения микросхем ΙΖ9921/22/23
Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.
nauchebe.net
Схема драйвера для светодиода от сети 220В
Современные мощные светодиоды отлично походят для организации яркого и эффективного освещения. Некоторую сложность составляет питание таких светодиодов – требуются мощные источники постоянного тока и токостабилизирующие драйвера. Вместе с тем, в любом помещении имеется розетка с переменным напряжением в 220В. И, конечно же, очень хотелось бы организовать работу мощных светодиодов от сети с минимальными затратами. Нет ничего невозможного – давайте рассмотрим схему драйвера для светодиода от сети 220В.
Прежде чем начнем обсуждать конкретные схемы, хотелось бы напомнить, что работа будет вестись с потенциально опасным для жизни переменным напряжением 220В. Разработка и расчет схемы потребуют хотя бы общего понимания происходящих электрических процессов, вероятность того, что при совершении ошибки вы можете получить ущерб или повреждения, очень высока. Мы категорически не одобряем проведение работ с высоким напряжением, если вы чувствуете себя неуверенно и не несем ответственности за возможный ущерб и повреждения, которые вы можете получить в процессе работы над предлагаемыми схемами. На самом деле, вполне возможно, что проще и дешевле будет приобрести и использовать уже готовый драйвер или даже светильник целиком. Выбор за вами.
Обычно падение напряжения на светодиоде составляет от 3 до 30В. Разница с сетевым напряжением в 220В очень большая, поэтому понижающий драйвер, безусловно, будет импульсным. Имеется несколько специализированных микросхем для изготовления таких драйверов – HV9901, HV9961, CPC9909. Все они очень похожи и от других микросхем отличаются тем, что имеют очень широкий диапазон допустимого входного напряжения – от 8 до 550В – и очень высокий КПД – до 85-90%. Тем не менее, предполагается, что общее падение напряжения на светодиодах в готовом устройстве будет составлять не менее 10-20% от напряжения источника питания. Не стоит пробовать запитать от 220В, например, один-два 3-6-ти вольтовых светодиода. Даже если они не сгорят сразу, КПД схемы будет низким.
Рассмотрим драйвер на базе микросхемы CPC9909, поскольку она новее остальных и вполне доступна. Вообще, все указанные микросхемы взаимозаменяемы и совместимы попиново (но потребуется пересчитать параметры дросселя и резисторов).
Базовая схема драйвера следующая:
Схема драйвера для светодиодов на базе микросхемы CPC9909
Переменное сетевое напряжение необходимо предварительно выпрямить, для этого используется диодный мост. C1 и C2 – сглаживающие конденсаторы. C1 – электролит емкостью 22мкФ и напряжением 400В (при использовании сети 220В), C2 – керамический конденсатор емкостью 0,1мкФ, 400В. Конденсатор С1 – керамика 0,1мкФ, 25В. Микросхема CPC9909 в процессе работы генерирует импульсы, которые открывают и закрывают силовой транзистор Q1, тем самым управляя течением тока через светодиоды. Частота переключения, индуктивность дросселя L, параметры мосфета Q1 и диода D1 тесно взаимосвязаны и зависят от требуемого падения напряжения на светодиодах, их рабочем токе. Давайте попробуем рассчитать нужные параметры ключевых деталей схемы на конкретном примере.
У меня есть могучий светодиод. 50 ватт мощности, напряжение 30-36В, рабочий ток до 1.4А. 4-5 ТЫСЯЧ люменов! Мощность света неплохого прожектора.
COB cветодиод 50 ватт
Для охлаждения я посредством термопасты и суперклея посадил его на кулер от видеокарты.
Максимальный ток светодиода ограничим 1А. Значит
ILED = 1А
Падение напряжения на светодиодах –
VLED = 30В
Пульсацию тока примем равной +-15%:
ID = 1 * 0.15 * 2 = 0.3A
При напряжении сети переменного тока в 220В напряжение после выпрямительного моста и сглаживающих конденсаторов составит
VIN = 310В
Ток драйвера регулируется резистором Rs, сопротивление которого рассчитывается по формуле
Rs = 0.25 / ILED = 0.25 / 1 = 0.25 Ом.
Используем резистор 0.5W 0.22 Ом в SMD-корпусе 2512:
Rs = 0.22 Ом,
что даст ток 1.1А. При таком токе резистор будут рассеивать примерно 0.2Вт тепла и особо греться не будет.
Микросхема CPC9909 генерирует управляющие импульсы. Общая продолжительность импульса складывается из времени “высокого уровня”, когда мосфет открыт и продолжительности паузы, когда транзистор закрыт. Жестко зафиксировать мы можем только продолжительность паузы. За нее отвечает резистор Rt. Его сопротивление рассчитывается по формуле:
Rt = (tp – 0.8) * 66, где tp – пауза в микросекундах. Сопротивление Rt получается в килоомах.
Продолжительность “высокого уровня” – это время, за которое рабочий ток достигнет требуемого значения – регулируется микросхемой CPC9909. Штатный диапазон частот находится в пределах 30-120КГц. Причем, чем выше будет частота, тем меньшая индуктивность дросселя в итоге потребуется. Но тем больше будет греться силовой транзистор. Поскольку индуктивность дросселя (и связанные с ней его габариты) для нас важнее, будем стараться держаться верхней части допустимого диапазона частот.
Давайте рассчитаем допустимое время паузы. Отношение продолжительности “высокого уровня” к общей продолжительности импульса – скважность импульса – рассчитывается по формуле:
D = VLED / VIN = 30 / 310 = 0.097
Частота переключений рассчитывается так:
F = (1 – D) / tp, а значит tp = (1 – D) / F
Пусть частота будет равна 90КГц. В этом случае
tp = (1 – 0.097) / 90 000 = 10мкс
Соответственно, потребуется сопротивление резистора Rt
Rt = (10 – 0.8) * 66 = 607.2КОм
Ближайший доступный номинал – 620КОм. Подойдет любой резистор с таким сопротивлением, желательно с точностью 1%. Уточняем время паузы с резистором номиналом 620КОм:
tp = Rt / 66 + 0.8 = 620 / 66 + 0.8 = 10.19мкс
Минимальная индуктивность дросселя L рассчитывается по формуле
Lmin = (VLED * tp) / ID
Используя уточненное значения tp, получаем
Lmin = (30 * 10.19) / 0.3 = 1мГн
Рабочий ток дросселя, при котором он гарантированно не должен входить в насыщение – 1.1 + 15% = 1.3А. Лучше взять с полуторным запасом. Т.е. не менее 2А.
Готового дросселя с такими параметрами в продаже я не нашел. Нужно делать самому. Вообще расчет катушек индуктивности – это большая отдельная тема. Здесь же я лишь оставлю ссылку на основательный труд Кузнецова А. “Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания”.
Я использовал дроссель, выпаянный из нерабочего балласта обычной энергосберегающей лампы. Его индуктивность 2мГн, в сердечнике оказался зазор около 1мм. Считаем рабочий ток, получаем до 1.3 – 1.5А. Маловато, но для тестовой сборки пойдет.
Остались силовой транзистор и диод. Здесь проще – оба должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В и ток от 4-5А. Быстрый диод Шоттки может быть, например, таким – STTH5R06. Мосфет должен быть N-канальным. Для него крайне важно минимальное сопротивление в открытом состоянии и минимальный заряд затвора – менее 25нКл. Прекрасный выбор на нужный нам ток – FDD7N60NZ. В корпусе DPAK и с током до 1А греться он особо не будет. Можно будет обойтись без радиатора.
При разводке печатной платы нужно уделить внимание длине проводников и правильному расположению «земли». Проводник между CPC9909 и затвором полевого транзистора должен быть как можно короче. Это же относится и к проводнику от сенсорного резистора. Площадь «земли» должна быть как можно больше. Очень желательно один слой печатной платы полностью развести на землю. Резистор Rt нужно подальше от индуктивности и других проводников, работающих на высоких частотах.
Вывод LD микросхемы может быть использован для плавной регулировки яркости свечения светодиода, вывод PWMD – для димирования посредством ШИМ.
Вот примеры из технической документации, которые это реализуют.
Схема плавного регулирования яркости светодиодов.
На этой схеме сила тока, а соответственно, и яркость светодиодов плавно регулируется от нуля до 350мА переменным резистором RA1. Также на схеме присутствуют номиналы и названия ключевых элементов для питания линейки ярких светодиодов током до 350мА.
Схема, предполагающее управление яркостью посредством ШИМ, выглядит так:
Схема регулирования яркости светодиодов посредством ШИМ
Допустимая частота диммирования – до 500Гц. Обратите внимание на очень желательную электрическую развязку генератора регулирующих импульсов (обычно, это микроконтроллер) и силовой части схемы. Развязка выполнена посредством использования оптопары.
Я собрал схему с плавной регулировкой переменным резистором. Получилась плата 60х30мм.
Плата драйвера для светодиода от сети 220В
Драйвер заработал сразу и так как нужно. Переменным резистором ток регулируется от 0.1 до расчетных 1.1А. Вентилятор кулера где установлен светодиод запитан от 3-х вольт. Вращается совершенно без звука, при этом радиатор греется слабо. На плате после 5-ти тестовых минут работы на максимальном токе градусов до 50С нагрелся дроссель. Его рабочего тока, как и ожидалось, оказалось маловато. Также заметно греется полевой транзистор. Остальные детали греются незначительно.
Сердце будущего мощного светильника в тестовом запуске
Разводку платы в программе Sprint-Layout 6.0 можно взять здесь.
Спустя какое-то время светодиод с драйвером заняли свое рабочее место в освещении аквариума. Работают по 15 часов в день при токе 0.7А. Света для аквариума объемом в 140 литров, на мой взгляд, вполне достаточно. Радиатор снабдил термистором и простенькой схемой – кулер включается автоматически и охлаждает всю конструкцию.
Драйвер для светодиода от сети 220В требует внимания при проектировании и сборке. Повторюсь – напряжение 220В опасно для жизни, а на схеме драйвера практически все детали находятся под этим и большим напряжением.
Тем не менее, при аккуратной сборке получится достаточно миниатюрный и эффективный драйвер, способный запитать от сети бытовой сети 220В один или несколько мощных светодиодов.
Больше о схемах драйверов для светодиодов читайте в статье “Самодельный драйвер для мощных светодиодов”.
www.flashled.com.ua