Zasilanie diod LED

Zasilanie diod LED
Pobierz PDF Download icon

Dostępność w handlu diod LED o odpowiedniej mocy i jakości, to zaledwie jeden z problemów, który napotykają konstruktorzy urządzeń oświetleniowych. Z punktu widzenia aplikacji niezmiernie ważne jest odprowadzenie ciepła z maleńkiej struktury półprzewodnikowej, a co ca tym idzie - zaprojektowanie i wykonanie odpowiedniej płytki drukowanej, obudowy, wykonanie zasilacza (jeśli zamknięty w tej samej obudowie) niewrażliwego na podwyższoną temperaturę otoczenia w rozsądnym czasie eksploatacji, który nie powinien być krótszy niż trwałość diod LED.

Rysunek 1. Typowa aplikacja układu A6211 pracującego w topologii buck

Na początku tego przeglądu dokonajmy pewnego rozróżnienia pomiędzy zasilaczami a sterownikami diod LED. Te pierwsze posłużą nam do zasilania diod LED zgodnie z wymaganiami technicznymi, natomiast te drugie jedynie do załączania zasilania diod LED wytworzonego przez inne bloki funkcjonalne. Z taką sytuacją możemy mieć do czynienia np. w reklamach wizualnych, mrugających światłach ostrzegawczych itp. W tym artykule zajmiemy się zasilaczami LED jedynie wspominając o sterownikach.

Przy konstruowania zasilaczy do oświetlenia LED główne znaczenie mają dwa trendy. Pierwszy z nich to dobór podzespołów zasilacza pod kątem uzyskiwanej jak największej sprawności energetycznej. Dioda LED o dużej mocy generuje wystarczająco dużo ciepła do rozproszenia i dodawanie do niego jeszcze ciepła strat z elementów zasilacza tylko pogarsza sytuację.

Dlatego dąży się do uzyskania sprawności przewyższającej 90% w normalnych warunkach eksploatacji. Drugim trendem, na który konstruktor-elektronik musi zwrócić szczególną uwagę, jest dobór podzespołów zasilacza i źródła światła vs cena gotowego rozwiązania. Jeśli dla przykładu, projektowane urządzenie ma zastąpić typową żarówkę, to jego zastosowanie musi się po prostu opłacać - klient musi dostrzegać korzyść wynikającą ze stosowania źródła LED w jakimś rozsądnym czasie.

Tabela 1. Drivery LED ogólnego przeznaczenia firmy Allegro Microsystems

Tabela 2. Drivery LED firmy Allegro Microsystems do oświetlenia pojazdów

Tabela 3. Drivery LED firmy Allegro Microsystems do podświetlenia ogólnego przeznaczenia

Do zasilania diody LED jest wymagane źródło prądowe. Przypomnijmy, że jest to taki zasilacz, który utrzymuje stałą wartość prądu obciążenia mając teoretycznie nieskończone napięcie wyjściowe. Mówiąc o źródle prądowym do zasilania LED często słyszałem pytanie: "A czy nie można poprzez rezystor?". Oczywiście, można, zwłaszcza w wypadku stosowania diod zasilanych niedużym prądem.

Więc dlaczego stosuje się tak skomplikowane układy zasilania? Ze względu na co najmniej dwa powody. Pierwszym z nich jest oczywiste marnowanie mocy wydzielanej na rezystorze. Jeśli mamy do czynienia z diodą PowerLED o mocy np. 1 W i napięciu progowym 2 V, to do jej zasilania będzie wymagane około 0,5 A. Jeśli źródło zasilania będzie dostarczało napięcie 3 V, to na rezystorze zabezpieczającym przed przekroczeniem prądu stracimy około 0,5 W, co znacznie zdegraduje sprawność zasilacza.

Tabela 4. Drivery LED firmy Allegro Microsystems od podświetlenia w pojazdach

Tabela 5. Układy scalone firmy Diodes do oświetlenia LED ogólnego przeznaczenia

Tabela 6. Układy firmy Diodes do oświetlania oznakowania

Drugi powód jest związany z parametrami samej diody. Zależność pomiędzy natężeniem prądu płynącego przez diodę a intensywnością jej świecenia jest liniowa lub bliska liniowej, natomiast charakterystyka przejściowa samej diody jest bardzo stroma i wykazuje - w obrębie tego samego typu - pewien rozrzut parametrów.

Ponadto, napięcie progowe będzie zmieniało się w funkcji temperatury - będzie tym niższe, im wyższa będzie temperatura złącza. Nawet niewielka różnica napięcia progowego, jeśli dioda jest zasilana ze źródła o stabilizowanym napięciu, może wywołać widoczną różnicę jasności świecenia, ponieważ źródło napięciowe stabilizujące swoje napięcie wyjściowe nie będzie starało się podwyższyć go lub obniżyć, aby ustalić odpowiednią jasność świecenia diody.

Rysunek 2. Wielowyjściowe drivery A6282 połączone w łańcuch

Tę zdolność ma jedynie źródło prądowe, które będzie się "starało", aby prąd wyjściowy był stały i przez to jasność świecenia diody będzie na właściwym poziomie. Oczywiście, liniowe rozwiązania źródeł prądowych również wymagały rezystora i przez to miały małą sprawność, jednak zostały one współcześnie praktycznie wyparte przez zasilacze impulsowe, które mają szereg zalet.

Diody LED o dużej mocy są zasilane prądem o natężeniu sięgającym nawet 3 A. W typowych rozwiązaniach najczęściej stosuje się diody o prądzie świecenia rzędu 0,3...0,7 A. Przekroczenie maksymalnego prądu przewodzenia powoduje szybkie zużycie diody, a często również zmianę koloru jej świecenia. Spadek napięcia na złączu diody jest zależny od jej konstrukcji i koloru świecenia. Często spotyka się rozwiązania łączące w jednej obudowie wiele struktur półprzewodnikowych, co nie jest bez znaczenia dla źródła zasilania diody.

Współcześnie można zaryzykować twierdzenie, że układy analogowych źródeł prądowych już praktycznie nie są stosowane do zasilania diod LED o dużej mocy. W ich zasilaczach używa się najczęściej przetwornic impulsowych, wykorzystujących indukcyjności lub pojemności, najczęściej pracujących w konfiguracji obniżającej napięcie. Ze względu na popularność diod LED i modę na ich stosowanie, praktycznie każdy producent podzespołów ma w swojej ofercie odpowiednie układy scalone.

Tabela 7. Układy scalone firmy Diodes do zasilania LED dla motoryzacji

Tabela 7. c.d.

Tabela 8. Drivery LED firmy Diodes do urządzeń przenośnych (zasilane niskim napięciem)

Tabela 9. Podstawowa linia driverów LED firmy Infineon

Mało tego, wiele z typowych zasilaczy może pracować w konfiguracji źródła prądowego, co jeszcze bardziej rozszerza wybór dostępnych rozwiązań. Dlatego zbudowanie odpowiedniego zasilacza - wbrew pozorom - nie jest łatwe do zrealizowania, zwłaszcza, gdy ważnym parametrem budowanego urządzenia (a tak zwykle się dzieje) jest cena gotowego rozwiązania.

W handlu są dostępne zasilacze i sterowniki LED i nie wolno ich mylić, ponieważ są to układy przeznaczone do innych zadań. Funkcja zasilacza jest stabilizowanie prądu płynącego przez złącze diody z uwzględnieniem zmian temperatury. W tym wypadku niezmiernie istotne jest stabilizowanie prądu płynącego przez diodę, ponieważ od niego (jak wspomniano) zależy jasność świecenia LED, natomiast napięcie progowe zmienia się w funkcji temperatury. Jak wspomniano, jako zasilacze diod LED najczęściej stosuje się przetwornice impulsowe, chociaż są produkowane również diody wielozłączowe, które mogą być zasilane bezpośrednio z sieci lub jedynie za pomocą mostka Graetza.

Tabela 10. Drivery Infineon z rodziny LINLED

Tabela 11. Liniowe drivery diod LED firmy Infineon

Tabela 12. Drivery dla diod LED mocy firmy Infineon

Tabela 13. Drivery LED firmy Linear Technology pracujące w topologii buck

Tabela 14. Drivery LED firmy Linear Technology pracujące w topologii boost

Istotnym parametrem układu scalonego zasilacza diod LED są napięcia: zasilania (wejściowe) oraz wyjściowe, które musi mieć odpowiednią wartość, jeśli źródło będzie zasilało zespół diod LED. W praktyce tylko idealne źródło prądowe ma nieograniczone napięcie wyjściowe - w rzeczywistości jest inaczej. Do wyboru są zasilacze obniżające napięcie wejściowe (buck, step-down), podwyższające (boost) oraz uniwersalne, które mogą podwyższać lub obniżać napięcie wyjściowe w porównaniu do wejściowego (buck-boost lub SEPIC).

Ponadto, specjalizowane układy zasilaczy diod LED często są wyposażane w wyjścia sygnalizujące usterkę, np. przebicie lub brak diody LED. Zwykle mają też wbudowane odpowiednie obwody zabezpieczające przed przepięciem i zwarciem na wyjściu oraz odłączające obciążenie po przekroczeniu dopuszczalnej temperatury struktury układu.

Rysunek 3. Aplikacja układu A6285 pracującego w topologiach buck-boost lub boost

Nieco odmienną rolę pełnią sterowniki diod LED, aczkolwiek one także mogą być zintegrowane ze źródłami prądowymi, zwłaszcza te przeznaczone do sterowania diodami LED o małej mocy. Sterowniki LED są stsowane do kontroli jasności i koloru świecenia (diody RGB) diod LED, tworzenia efektów świetlnych oraz do regulowania intensywności świecenia pojedynczych diod z zespołu. Współcześnie większość zasilaczy diod LED dużej mocy ma zaimplementowane również pewne funkcje sterownika. Zazwyczaj pozwalają one np. na zdalne włączanie/wyłączanie oraz regulowanie jasności świecenia za pomocą napięcia zewnętrznego lub przebiegu PEM.

Zwykle sterowniki diod LED mają prąd wyjściowy o stosunkowo niedużym natężeniu, raczej nieprzekraczającym 100 mA. Często mają też wbudowane interfejs cyfrowy (np. I²C lub SPI) umożliwiający komunikację z systemem nadrzędnym, co ułatwia sterowanie oświetleniem np. za pomocą magistrali danych w inteligentnym budynku. W wypadku, gdy aplikacja wymaga sterowania diodami o większym natężeniu prądu przewodzenia, to do sterownika należy dołączyć odpowiedni stopień mocy np. w postaci zasilacza LED.

Większość z nich ma wejścia załączające, analogowe lub cyfrowe, dzięki którym można sterować pracą zasilacza np. za pomocą przebiegu PWM. W takim wypadku trzeba jednak zwrócić uwagę na częstotliwość wyjściową PWM ze sterownika oraz wejściową zasilacza i odpowiednio dopasować je.

Tabela 15. Drivery LED firmy Linear Technology pracujące w topologii buck

Tabela 16. Drivery LED firmy Linear Technology mogące pracować w rozszerzonym zakresie temperatury

Tabela 17. Bezindukcyjne przetwornice LED (z pompą ładunku) firmy Linear Technology

Układy scalone do zasilaczy diod LED

Układy scalone do budowania zasilaczy LED są produkowane praktycznie przez każdą większą lub średnią firmę, wytwórcę układów półprzewodnikowych. Jeszcze inne firmy wytwarzają gotowe moduły źródeł prądowych, które można wlutować w płytkę lub zamontować w jeszcze inny sposób we własnym urządzeniu. W artykule dokonamy przeglądu produktów większych i bardziej znanych producentów układów półprzewodnikowych.

Allegro MicroSystems

Rysunek 4. Aplikacja układu A8512 wyposażonego w sterownik przetwornicy oraz interfejs cyfrowy

Firma Allegro MicroSystems ma w swojej ofercie mnóstwo układów przeznaczonych do zasilania diod LED. Są to zasilacze impulsowe i liniowe, znajdujące zastosowanie w aplikacjach ogólnego przeznaczenia oraz specjalnych, takich jak oznakowanie oraz oświetlenie pojazdów.

Wiele z tych układów ma wbudowane tranzystory kluczujące MOSFET, co upraszcza aplikację oraz zmniejsza powierzchnię zajmowaną na płytce drukowanej. Oferta firmy Allegro MicroSystems obejmuje układy o różnych topologiach, różnej obciążalności i liczbie kanałów wyjściowych:

  • Topologie Buck, Bust oraz układy liniowe.
  • Układy włączane w konfiguracji szeregowej i równoległej.
  • Mające jeden lub wiele kanałów wyjściowych. 
  • Obciążalność od 20 mA do 3 A na kanał.
  • Wiele metod kontrolowania jasności świecenia zasilanych diod LED.
  • Funkcja kalibracji do kontrolowania koloru świecenia.
  • Funkcje detekcji zwarcia lub przepalenia złącza diody LED.
  • Zabezpieczenia przed przeciążeniem i przegrzaniem.
  • Niewielki prąd pobierany przez układ.

Tabela 18. Drivery LED firmy Linear Technology przeznaczone do „żarówek” LED

Tabela 19. Mikromoduły driverów LED firmy Linear Technology

Tabela 20. Układy scalone ogólnego firmy Linear Technology przeznaczenia pracujące w wielu konfiguracjach

Przegląd układów scalonych - driverów LED ogólnego przeznaczenia umieszczono w tabeli 1. Układy spełniające surowe wymagania aplikacji dla motoryzacji w tabeli 2 i tabeli 4, natomiast układy sterujące podświetleniem LED w aplikacjach ogólnego przeznaczenia w tabeli 3.

Rysunek 5. Przykładowa aplikacja źródła światła o mocy 13 W (topologia flyback, izolacja galwaniczna, możliwość współpracy ze ściemniaczem)

Na rysunkach przykładowe aplikacje układów Allegro Microsystems. Na rysunku 1 pokazano typową aplikację układu A6211 pracującego w topologii buck. Diody LED dołączone do wyjścia mogą pracować ze stałym natężeniem światła lub może być ono regulowane za pomocą sygnału PWM. Na rysunku 2 pokazano wielowyjściowe układy driverów z interfejsem SPI - A6282.

Są to drivery liniowe, które świetnie nadają się np. do użycia w układach sygnalizacyjnych i reklamach świetlnych. Na rysunku 3 pokazano aplikację układu A6265 pracującego w topologiach buck-boost lub boost i przeznaczonego do zastosowania w aplikacji przenośnej. Układ ma wyjścia statusu sygnalizujące uszkodzenia diod LED. Tabele obok topologii podają maksymalną liczbę diod LED, która może być zasilana uzależniając ją od napięcia baterii.

Na rysunku 4 zamieszczono aplikację układu A8512 mającego wbudowany sterownik przetwornicy typu buck zasilającej wielowyjściowy driver oraz interfejs cyfrowy, dzięki któremu można sterować wieloma diodami LED np. w reklamie świetlnej, oświetleniu sygnalizatora itp. W prezentowanej aplikacji pierwszy z układów w łańcuchu pełni rolę sterownika przetwornicy, która służy do zasilania wszystkich diod LED - sterowniki pozostałych układów są nieaktywne.

Diodes Incorporated

Rysunek 5. Przykładowa aplikacja źródła światła o mocy 13 W (topologia flyback, izolacja galwaniczna, możliwość współpracy ze ściemniaczem)

Rodzina zasilaczy (driverów) diod LED firmy Diodes jest przeznaczona do szerokiego zakresu aplikacji: oświetleniowych, sygnalizacyjnych i wyświetlających, przenośnych źródeł światła i do oświetlenia pojazdów. Firma wytwarza drivery impulsowe i liniowe, przeznaczone do obciążenia dużym prądem o natężeniu rzędu kilku amperów oraz niewielkim, rzędu dziesiątek miliamperów. Obszerna oferta firmy Diodes obejmuje układy driverów wymagające zewnętrznego tranzystora kluczującego oraz takie, które mają go wbudowanego w strukturę. Producent podzielił wytwarzane przez siebie układy scalone z tej grupy na:

  • Przeznaczone do oświetlenia LED ogólnego zastosowania.
  • Układy przeznaczone do znaków świetlnych.
  • Przetwornice do zasilania LED w pojazdach, z certyfikatami wymaganymi przez branżę motoryzacyjną.
  • Układy do urządzeń przenośnych, to znaczy - zasilanych z baterii. Mogą to być latarki, światła rowerowe, zabawki i inne. Układy z tej grupy charakteryzują się bardzo niskim minimalnym napięciem zasilającym.

Tabela 21. Przegląd driverów LED z oferty firmy Maxim Integrated

Tabela 21. c.d.

Tabela 21. Układy do zasilania diod LED z oferty OnSemi

Tabela 22. c.d.

Tabela 22. c.d.

Podstawowe parametry układów scalonych z oferty Diodes wymieniono w tabelach 5...8. Podobnie jak poprzednio, układy mogą pracować w różnych technologiach i zależnie od przeznaczenia są to albo nieskomplikowane zasilacze, albo wielokanałowe, mające funkcje sygnalizujące uszkodzenia diod LED i inne stany awaryjne.

Infineon

Rysunek 7. Podstawowa aplikacja mikromodułu LTM8042 firmy Linear Technology

W ofercie tego producenta znajdziemy układy scalone i półprzewodnikowe elementy dyskretne przeznaczone do systemów oświetlenia LED. Oferta firmy obejmuje tanie układy półprzewodnikowe dla "żarówek" LED będących zamiennikami tradycyjnie stosowanych źródeł światła, a przy tym mogące współpracować z tradycyjnymi ściemniaczami wykorzystującymi triaki, drivery LED przeznaczone do licznych aplikacji oświetleniowych pracujących w pomieszczeniach i na zewnątrz budynków (układy liniowe i impulsowe zasilające niewielką liczbę LED lub łańcuchy oświetleniowe) i co ciekawe - mikrokontrolery wyposażone w odpowiednie bloki funkcjonalne do układów zasilających oświetlenie LED.

Podobnie jak u innych producentów, część układów steruje zewnętrznymi tranzystorami kluczującymi, a część ma je wbudowane w strukturę (OptiMOS). Prezentując swoją ofertę firma podkreśla, że ważną część jej oferty dla systemów tego typu stanowią tranzystory MOSFET z rodziny CoolMOS.

Tabela 23. Rodzina układów LYTSwitch-0 firmy Power Integrations

Tabela 24. Rodzina układów LYTSwitch-2 firmy Power Integrations

Tabela 25. Rodzina układów LYTSwitch-4 firmy Power Integrations - współpraca ze ściemniaczem fazowym

Układy scalone z oferty Infineona wymieniono w tabelach 8...11.

Układy scalone ICL8001G oraz ICL8002G są przeznaczone do zastosowania w źródłach światła zastępujących tradycyjnie używane żarówki. Na rysunku 5 i rysunku 6 pokazano przykładowe aplikacje układu ICL8002G w takiej aplikacji "żarówkowej", w topologii flyback.

Linear Technology

Rysunek 8. Uproszczony schemat blokowy aplikacji układu STP24DP05

Oferta układów scalonych do oświetlenia LED firmy Linear Technology jest bardzo obszerna. Obejmuje układy przeznaczone do oświetlenia pojazdów, podświetlenia ekranów wyświetlaczy, do aplikacji przenośnych i stacjonarnych. Topologie układów obejmują boost, buck, buck-boost, SEPIC i inne. Układy aplikacyjne są mniej lub bardziej rozbudowane, zależnie od topologii i przeznaczenia.

Zależnie od typu, w strukturach układów mogą być zintegrowane diody Schottky, tranzystory kluczujące, obwody mierzące prąd obciążenia i sygnalizujące uszkodzenia diod LED, wielowyjściowe klucze z interfejsem cyfrowym itp. Na stronie internetowej LT pod adresem http://www.linear.com/products/LED_Driver_ICs udostępniono łatwy w użyciu filtr umożliwiający wstępna aplikację układu scalonego do aplikacji.

Przegląd oferty firmy zawarto w tabelach 12...19. Ciekawostką w ofercie firmy są mikromoduły (tab. 18). Są to układy umieszczone w obudowie LGA, zawierające kompletną przetwornicę przeznaczoną do zasilania diod LED. Jak przykład posłużymy się mikromodułem LTM8042. Firma oferuje dwa typy, z których jeden - LTM8042 jest przeznaczony do zasilania LED o prądzie obciążenia do 1 A, natomiast LTM8042-1 o prądzie obciążenia do 350 mA. Aplikację mikromodułu pokazano na rysunku 7. Regulacja natężenia świecenia diod jest możliwa za pomocą sygnału PWM (3000:1) lub rezystora/napięcia dołączonego do wejścia CTL (10:1).

Maxim Integrated

Rysunek 9. Podstawowe parametry układów VIPER firmy STMicroelectronics

Układy scalone przeznaczone do zasilania diod LED z oferty firmy Maxim Integrated wymieniono w tabeli 20. Obejmuje ona szereg układów pracujących w różnych topologiach, mających możliwość zasilania różnej liczby diod LED o prądach zasilania od dziesiątek miliamperów do kilkudziesięciu amper. Wstępną selekcję układów do aplikacji umożliwia filtr umieszczony na stronie internetowej firmy pod adresem http://goo.gl/XmddZN.

Ciekawostką w ofercie firmy są drivery przeznaczone do zasilania diod LED używanych w projektorach (MAX16818, MAX16821, MAX16833, MAX16834), o prądzie obciążenia do 30 A (MAX16833/34), mające zintegrowane sterowniki bramek zewnętrznych tranzystorów MOSFET o obciążalności do 4 A oraz obwody chroniące aplikację przed przeciążeniem i uszkodzeniem.

ON Semi

Oferta firmy obejmuje ponad setkę układów scalonych do zasilania LED, liniowych i pracujących impulsowo, w przetwornicach o różnych topologiach. Ich ważniejsze parametry wymieniono w tabeli 21. Wstępną selekcję umożliwia filtr parametryczny umieszczony pod adresem internetowym http://goo.gl/WuuWF8. Oprócz samych zasilaczy oferta firmy obejmuje również elementy dyskretne przeznaczone do pracy w przetwornicach zasilających LED.

Tabela 26. Rodzina układów LYTSwitch-4 firmy Power Integrations - moc wyjściowa (temperatura otoczenia 70°C, sprawność >80%)

Tabela 27. Wstępny podział sterowników produkowanych przez firmę STMicroelectronics

Tabela 28. Drivery/regulatory prądu obciążenia firmy STMicroelectronics

Power Integrations

Rysunek 10. Uproszczony schemat aplikacji układu VIPER

Firma koncentruje się na wytwarzaniu układów scalonych przeznaczonych do zasilaczy impulsowych. W jej ofercie znajduje się kilka rodzin driverów do zasilania diod LED. Poszczególne rodziny są wymienione w tabelach 22...25. Ich charakterystyczną cechą jest wbudowany w strukturę tranzystor kluczujący. Układy te nie wymagają również dodatkowego zasilacza dla części cyfrowej.

Rodzina układów LYTSwitch-0 (tab. 22) jest przeznaczona do konstruowania nieizolowanych źródeł światła, które nie mają możliwości współpracy ze ściemniaczem. Struktura układów zawiera tranzystor MOSFET o napięciu przebicia UDS 700 V, oscylator, źródło prądowe, obwody zabezpieczające przed przegrzaniem i przeciążeniem. Zasilacze wykonane w oparciu o te układy są tanie i mają niewielkie wymiary. Aplikacja układu zawiera jedynie kilkanaście elementów zewnętrznych, w większości komponentów pasywnych. Sprawność układów przekracza przy tym 90%, a współczynnik mocy jest lepszy niż 0,5.

Układy z rodziny LYTSwitch-2 (tab. 23) są przeznaczone do zasilania diod LED o mocy do 10 W. Dzięki mechanizmowi regulacji po stronie pierwotnej wyeliminowano konieczność użycia transoptora w pętli sprzężenia zwrotnego osiągając przy tym dobrą dokładność stabilizacji prądu wyjściowego (±3%). Jest to możliwe między innymi dzięki wbudowanemu modułowi kompensującemu wahania wartości indukcyjności transformatora oraz pozostałych elementów pasywnych.

Struktura układu zawiera wysokonapięciowy tranzystor MOSFET (725 V), innowacyjną maszynę stanów, źródło prądowe, obwody zabezpieczające, moduł kontroli jittera częstotliwościowego w celu redukcji zaburzeń EMI.

Rysunek 11. Przykładowy zrzut ekranu strony internetowej firmy Texas Instruments

LYTSwitch-4 to rodzina kontrolerów umożliwiająca budowanie izolowanych galwanicznie zasilaczy LED o mocy do 78 W (tab. 24 i tab. 25). Mechanizm regulacji jest zaimplementowany po stronie pierwotnej, dzięki czemu nie trzeba stosować transoptora w pętli sprzężenia zwrotnego. Mechanizm korekcji PFC zapewnia współczynnik mocy lepszy niż 0,9 przy sprawności powyżej 90%. Niektóre z układów LYTSwitch-4 mogą współpracować ze ściemniaczami opartymi na triakach.

Oprócz wymienionych wyżej rodzin układów warto wspomnieć jeszcze o LinkSwitch-PL oraz HiperPFS2+HiperLCS. Te pierwsza, podobnie jak LYTSwitch-0, umożliwia budowanie zasilaczy pracujących przede wszystkim w nieizolowanych konfiguracjach typu buck i buck-boost osiągając przy tym moc do około 20 W. Wbudowany mechanizm PFC zapewnia osiągnięcie wartości współczynnika mocy przynajmniej na poziomie 0,9. Dostępna w tej rodzinie obudowa typu eSOP-12, przystosowana do montażu SMD, umożliwia wykorzystanie w roli radiatora pola miedzi na płytce drukowanej.

Budując zasilacze o mocy powyżej 80 W często wykorzystuje się rozwiązania dwustopniowe. W pierwszym stopniu pracuje kontroler współczynnika mocy HiperPFS2, a w drugim sterownik zasilacza HiperLCS działający w układzie przetwornicy rezonansowej. Korzystając z tego połączenia jest możliwe zaprojektowanie zasilaczy przeznaczonych np. do systemów oświetlenia ulicznego lub budynków dostarczających do obciążenia moc ciągłą do około 400 W.

STMicroelectronics

Rysunek 12. Przykładowy filtr na stronie internetowej firmy Texas Instruments

Zwykle firma STMicroelectronics jest kojarzona z mikrokontrolerami oraz układami wzmacniaczy audio. Tymczasem oferuje ona ogromną liczbę produktów, w tym układy przeznaczone do zasilaczy LED oraz ogromną liczbę półprzewodnikowych komponentów dyskretnych, w tym do konstruowania różnych źródeł zasilania. Przetwornice oferowane przez STMicroelectronics mogą pracować w konfiguracjach: flyback, boost, buck, LLC resonant, buck-boost, a tym samym nadają się do szerokiego zakresu zastosowań.

Tabela 26 zawiera wstępny podział sterowników wprowadzony przez firmę STMicroelectronics. W dalszych tabelach podzielimy je bardziej szczegółowo, wskazując konkretne aplikacje.

W tabeli 28 zamieszczono wykaz driverów - regulatorów prądu obciążenia, natomiast na rysunku 8 pokazano zaczerpnięty z dokumentacji uproszczony schemat blokowy aplikacji układu STP24DP05 ilustrujący sposób włączenia regulatora prądu (sink driver). W tabelach 29 i 30 wymieniono drivery pracujące w konfiguracjach step-up i step-down.

Tabela 29. Drivery firmy STMicroelectronics pracujące w konfiguracji step-up

Tabela 30. Drivery firmy STMicroelectronics pracujące w konfiguracji step-down

Do aplikacji zasilanych z napięcia sieci energetycznej firma STMicroelectronics zaleca stosowanie układów z rodziny VIPER. Skrócony wykaz ich parametrów pokazano na rysunku 9 zaczerpniętym z firmowej prezentacji VIPERów. Ich użycie wymaga niewielu elementów zewnętrznych, podstawową aplikację układu VIPER pokazano na rysunku 10. Struktura układu zawiera kontroler PWM i tranzystor kluczujący MOSFET zawarte w tej samej strukturze układu. Dodajmy jeszcze, że VIPERy nadają się nie tylko do wykonywania zasilaczy dla diod LED.

Texas Instruments

Rysunek 13. Przykładowa zawartość zakładki „co nowego” (what’s new)

Firma oferuje ogromną liczbę rozwiązań, tym większą, że do własnych rozwiązań dodała przejęte wraz z firmą National Semiconductor. Oferta firmy zawiera ponad 1200 (!!!) układów przeznaczonych do budowania zasilaczy liniowych i nieliniowych, pracujących w różnych konfiguracjach.

W tym na przykład sterowniki mające od 3 aż do 48 kanałów wyjściowych, sterowane za pomocą różnych interfejsów cyfrowych. W tym miejscu chciałbym pochwalić firmę za stronę internetową (rysunek 11). W praktyce, gdy już dotrzemy do niej mając na celu wybór jakiegoś rozwiązania, liczby układów umieszczone na drzewie produktów naprawdę zniechęcają do poszukiwań.

Oczywiście, zadziała statystyka i jeśli np. jedynie 2% rozwiązań nadaje się do naszej aplikacji, to i tak będzie to całkiem spora liczba rozwiązań. Więc z jednej strony liczby budzą nadzieję, ale z drugiej - zniechęcają. Dlatego ogromnym ułatwieniem są po pierwsze zakładki, dzięki którym możemy przejrzeć listę układów i posłużyć się filtrem (rysunek 12), zobaczyć dokumenty zawierające noty aplikacyjne i inne materiały źródłowe, przejrzeć najnowsze rozwiązania (rysunek 13). Ogromnym ułatwieniem jest też narzędzie Power Lab, za pomocą którego można zaprojektować i wirtualnie przetestować zasilacz dla LED. Jest to dobrze znane czytelnikom Elektroniki Praktycznej narzędzie Webench Designer zmodyfikowane dla potrzeb aplikacji LED (rysunek 14).

Podsumowanie

Rysunek 14. Oprogramowanie Webench Designer, zakładka LED

Technologia źródeł światła LED jest trendem, który będzie rozwijał się teraz i w najbliższej przyszłości. Należy spodziewać się, że rozwinie się technologia wyświetlaczy złożonych z diod LED, a to pociągnie za sobą dalszy postęp i obniżanie się cen rozwiązań.

Niniejszy przegląd układów nie wyczerpuje wszystkich aspektów i przez szczupłość miejsca mogłem w nim zaprezentować tylko wybrane parametry, niektórych układów od niektórych producentów. Pominięto w nim produkty mniejszych firm lub firm oferujących jedynie kilka rozwiązań.

Nie ma też mikrokontrolerów, które coraz częściej są wyposażane w bloki peryferyjne służące do "inteligentnego" sterowania diodami LED. Mam jednak nadzieję, że będzie pomocną wskazówką dla konstruktora, który będzie poszukiwał rozwiązań dla projektowanej aplikacji. Warto też dodać, że dla wielu zasilaczy diod LED firmy producenci oferują zestawy ewaluacyjne umożliwiające przetestowanie rozwiązań przed ich wdrożeniem do masowej produkcji.

Jacek Bogusz, EP

Artykuł ukazał się w
Elektronika Praktyczna
wrzesień 2014
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik czerwiec 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio lipiec 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje czerwiec 2020

APA - Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna czerwiec 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich czerwiec 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów