Układy zasilania diod LED dużej mocy

Układy zasilania diod LED dużej mocy
Pobierz PDF Download icon
Diody LED zadomowiły się już w aplikacjach oświetleniowych. Stosuje się je do oświetlania budynków, jako światła wewnętrzne i zewnętrzne w samochodach, a także w tablicach reklamowych. Wymagają zasilania prądem o natężeniu sięgającym nawet 1,25 A. Ważne jest też aby były zasilane prądem stabilizowanym, w celu przedłużenia ich żywotności. Ponieważ w technice oświetleniowej stosowane są różne \"efekty świetlne\", w artykule przedstawiono układy sterowników diod LED.
73ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 Układy zasilania diod LED dużej mocy Dodatkowe materiały na CD Układy zasilania diod LED dużej mocy Diody LED zadomowiły się już w aplikacjach oświetleniowych. Stosuje się je do oświetlania budynków, jako światła wewnętrzne i zewnętrzne w samochodach, a także w tablicach reklamowych. Wymagają zasilania prądem o natężeniu sięgającym nawet 1,25 A. Ważne jest też aby były zasilane prądem stabilizowanym, w celu przedłużenia ich żywotności. Ponieważ w technice oświetleniowej stosowane są różne ?efekty świetlne?, w artykule przedstawiono układy sterowników diod LED. Zasilanie diod LED Diody LED dużej mocy muszą być za- silane prądem o natężeniu sięgającym 1,2...1,25 A. Najpopularniejsze są diody o na- tężeniu 350...700 mA. Zależność między na- tężeniem prądu płynącego przez diodę LED i intensywnością jej świecenia jest liniowa lub bliska liniowej. Przekroczenie maksymal- nego prądu przewodzenia diody powoduje szybkie jej zużycie, a więc ważne jest sto- sowanie zasilania prądem stabilizowanym. W zależności od rodzaju złącza diody (barwy światła), różny jest na niej spadek napięcia. W związku z tym właściwe jest zasilanie dio- dy ze źródła prądowego. Układy impulsowe najlepiej nadają się do zasilania diod LED dużej mocy. Do ich budowy używa się induk- cyjnych lub pojemnościowych przetwornic impulsowych. Układy liniowe są rzadziej sto- sowane ze względu na ich niższą sprawność. Na rynku dostępne są zarówno zasilacze jak i sterowniki diod LED. Zasilacze stosowa- ne są do stabilizacji prądu płynącego przez diodę z uwzględnieniem zmian temperatu- ry. W tym przypadku istotnym parametrem jest prąd płynący przez diodę, gdyż od niego WYBÓR KONSTRUKTORA 74 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 WYBÓR KONSTRUKTORA zależy intensywność świecenia. Zasilaczami diod LED są w większości przetwornice DC- -DC, chociaż są też układy zasilane bezpo- średnio napięciem sieci. Innymi parametrami zasilaczy diod LED są napięcia: zasilania (wejściowe) i wyjścio- we, które służy do zasilania kilku diod po- łączonych szeregowo. Do wyboru mamy za- silacze obniżające napięcie zasilania (buck), podwyższające (boost) oraz o napięciu wyż- szym lub niższym od napięcia wejściowego (buck-boost lub SEPIC). Specjalizowane zasilacze diod LED mają odpowiednie wyjścia sygnalizacji wystąpie- nia usterki, np. przebicia (lub braku) diody LED. Układy te są zazwyczaj wyposażane w obwody przeciwprzepięciowe i przeciw- zwarciowe oraz w obwody odłączające na- pięcie wyjściowe w przypadku przekrocze- nia maksymalnej temperatury układu. Sterowniki diod LED stosowane są do kontroli jasności świecenia, generowania efektów świetlnych oraz do korekcji inten- sywności świecenia pojedynczych diod z ze- społu. Większość układów zasilania diod LED dużej mocy ma zaimplementowane takie funkcje. Zazwyczaj sterowniki diod LED charakteryzują się prądem sterującym o niewielkim natężeniu (np. do 100 mA lub mniejszym). W przypadku, gdy w aplikacji jest wymagane użycie takiego sterownika do sterowania diodami o większym prądzie, to należy dołączyć dodatkowy stopień mocy w postaci dedykowanego zasilacza diod LED. Większość zasilaczy diod LED mocy ma wejścia zezwolenia, analogowe lub cy- frowe, dzięki którym można sterować inten- sywnością świecenia zasilanej diody, przez dołączenie do wyjścia sterownika sygnału z modulatora PWM. Należy przy tym zwró- cić uwagę na maksymalną wartość częstotli- wości sygnału PWM, który może być podany na wejście zezwolenia zasilacza. Dedykowane układy dla diod LED Układy do zasilania i sterowania dioda- mi LED dużej mocy oferuje wiele ?rm. W ar- tykule zostaną przedstawione wybrane ukła- dy producentów takich podzespołów. Przetwornice DC-DC ?rmy National Semiconductor LM3410 jest impulsową przetwornicą indukcyjną typu boost do zasilania 1...5 diod LED. Dopuszczalne natężenie prądu płynące- go przez diody wynosi 2,8 A. Częstotliwość przełączania, w zależności od wersji układu, wynosi 525 kHz lub 1,6 MHz. Układ zasilany jest napięciem 2,7...5,5 V, a maksymalne na- pięcie wyjściowe wynosi 24 V. Przykładowy schemat użycia zasilacza jasnych diod został przedstawiony na rys. 1. Innym układem do zasilania diod LED mocy jest LM3405A. Ma on zintegrowa- ny tranzystor NMOS (rezystancja kanału 300 mV). Częstotliwość przełączania wynosi 1,6 MHz. Ma on również obwody zabezpie- czenia nadprądowego i odłączenia zasilania po przekroczeniu dopuszczalnej tempera- tury. Maksymalne natężenie prądu wyjścio- wego wynosi 1 A, ale tylko dla układów w obudowie eMSOP. Układy w obudowie SOT23 mogą dostarczyć ?zaledwie? 400 mA. Na rys. 2 przedstawiono przykład użycia układu zasilania diody mocy LED z prądem diody 1 A. W aplikacjach wymagających większych prądów należy użyć układu LM3433 ?rmy National Semiconductor. Układ ten może sterować diodami z wymaganym natężeniem prądu większym niż 6 A. Jest on zasilany na- pięciem z przedziału ?9...?14 V względem anody diody (inverting converter). Do stero- wania intensywnością świecenia diod LED używane są dwie końcówki: zezwolenia EN oraz wejścia DIM dla sygnału z zewnętrz- nego modulatora PWM (częstotliwości po- wyżej 30 kHz). Schemat aplikacyjny układu LM3433 z prądem płynącym przez strukturę diody LED o natężeniu do 14 A przedstawio- no na rys. 3. Układ LM3423 jest zasilaczem diod LED, z rozbudowanymi zabezpieczeniami, stero- wanych przez tranzystor MOSFET (MOSFET gate driver). Układ ma zabezpieczenia przed zbyt niskim napięciem wejściowym, nadprą- dowe, przeciwprzepięciowe, oraz wyłącznik temperaturowy (thermal shutdown). Może także samoczynnie wyłączyć się po zadanym czasie od wystąpienia usterki. Czas wyłącze- nia jest zależny od pojemności kondensatora dołączonego do wejścia TIMR. Gdy napięcie na końcówce TIMR przekroczy 1,24 V (po wystąpieniu usterki) układ ustawia poziom wysoki na wyjściu ?agi FLT. Rys. 1. Zasilacz typu boost dla jasnych diod LED, zbudowany przy użyciu układu LM3410 Rys. 2. Przykładowe rozwiązanie układowe drivera LED LM3405A Rys. 3. Układ zasilacza diod LED o wydajności prądowej 2,2...14 A 75ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 Układy zasilania diod LED dużej mocy Silicon Touch Technology Firma SiTI jest producentem stałoprądo- wych zasilaczy diod LED dużej mocy. Jed- nym z takich układów jest DD311, który jest przeznaczony do zasilania diod LED prądem o natężeniu do 1 A. Natężenie prądu wyj- ściowego ILED (końcówka OUT na rys. 4) jest ustalane za pomocą natężenia prądu wejścio- wego IREF (wejście REXT) ? natężenie prądu wyjściowego jest od niego 100 razy większe. Na rys. 4 przedstawiono przykładowy sche- mat użycia układu D311, w którym prąd referencyjny IREF ustawiany jest za pomocą rezystora REXT . Układ ten ma wejście zezwo- lenia EN, dzięki któremu za pomocą sygna- łu PWM można sterować intensywnością świecenia diod. Maksymalna częstotliwość sygnału PWM wynosi 1 MHz. Natomiast maksymalne napięcie wyjściowe układu wy- nosi 33 V. Układem o większych możliwościach funkcjonalnych jest DD312. Podobnie jak układ DD311, jest to zasilacz stałoprądowy diod LED o wydajności prądowej 1 A (mak- symalne napięcie zasilania/wyjściowe 18 V) z wejściem zezwolenia EN. Układ DD312 ma rozbudowany system diagnostyczny. Wyposażono go bowiem w zabezpieczenia przeciwzwarciowe, wykrywania odłączenia obciążenia (braku diody LED) oraz przekro- czenia temperatury. Wystąpienie usterki jest sygnalizowane na wyjściu ALARM (tylko w obudowie SOP8). Układ DD313 jest funkcjonalnym od- powiednikiem układu DD312 służącym do sterowania zespołem trzech diod LED, na przykład diod RGB. Ma on niezależne wej- ścia zezwolenia, prądu referencyjnego oraz wyjścia prądowe dla każdego kanału RGB. Wystąpienie przegrzania układu lub braku jednej z diod jest sygnalizowane na pojedyn- czym wyjściu ALARM. Maksymalny całko- wity prąd wyjściowy układu wynosi 0,5 A. Micrel Również w ofercie ?rmy Micrel znajdu- ją się układy zasilaczy diod LED. Jednym z nich jest stałoprądowa przetwornica DC- -DC MIC3230/1/2, podwyższająca napięcie (boost). Jest ona przeznaczona do zasilania jednego lub większej liczby zespołów sze- regowo połączonych diod LED dużej mocy. Napięcie wejściowe układu wynosi 6...42 V. Układ MIC3230/1/2 może dostarczyć do 70 W. Pracuje on ze stałą częstotliwością przełączania 400 kHz (MIC3232) lub z usta- wianą z zakresu 109...950 kHz (MIC3230/1). Układ MIC3231 ma możliwość rozmycia widma sygnału wyjściowego w celu zmini- malizowania zakłóceń elektromagnetycz- nych (EMI). Układ ten idealnie nadaje się do oświetlenia ulicznego lub oświetlenia budynków. Podobnie jak układy innych ?rm, zasilacze MIC323x mają możliwość dołącze- nia zewnętrznego sygnału PWM. Wyposa- żono je również w obwody zabezpieczające przed zbyt wysokim napięciem i wyłącznik temperaturowy. Drugim, interesującym zasilaczem diod LED jest MI- C4682. Jest to przetwornica impulsowa obniżająca na- pięcie, której częstotliwość przełączania jest stała i wy- nosi 200 kHz. Maksymalne natężenie prądu wyjściowe- go, które można uzyskać sto- sując układ MIC4682 wynosi 2 A. Układ ma wbudowany ogranicznik prądowy o wartości 0,4...2 A, ustawiany za pomocą zewnętrznego rezystora. Typowy schemat aplikacyjny tego układu została przedstawiona na rys. 5. Układ produkowany jest w obu- dowach SOIC-8 o podwyższonych możliwościach odprowadzania ciepła. Wyprowadzenia 2, 6 i 7 są wykonane z jednego elementu metalowego mającego kontakt ter- miczny z strukturą półprzewodni- ka (rys. 6). Innym zasilaczem stałoprądo- wym diod LED dużej mocy jest MI- C2299. Może on zasilać do dwóch diod LED, połączonych szere- gowo, prądem o natężeniu 1 A. Układ jest przetwornicą impul- sową o częstotliwości przełączania 2 MHz, pracującą w topologii boost. Może on zasilać diody LED z jednego lub dwóch ogniw lito- wo-jonowych (napięcie zasilania 2,5...10 V). Zaletą układu jest niewielka liczba niezbęd- nych elementów zewnętrznych. Temperatu- ra pracy tego zasilacza to ?40...125°C. Exar Dobrym przykładem zasilacza diod LED oferowanego przez ?rmę Exar jest impulsowa przetwornica obniżająca napięcie SP7600. Może być zasilana napięciem 4,5...29 V. Mak- symalny, możliwy do uzyskania prąd diody wynosi 2 A. Przetwornica pracuje z częstotli- wością przełączania 1,2 MHz. Ograniczenie prądowe jest ustalane za pomocą zewnętrz- nego rezystora Rs (rys. 7). Końcówka FB jest wejściem wewnętrznej pętli sprzężenia zwrotnego, stabilizującego prąd diody. Układ ma identyczny rozstaw wyprowadzeń jak inne układy zasilaczy diod LED ?rmy Exar: XRP7603 i XRP7603, które mogą zasilać dio- dy LED prądem o maksymalnym natężeniu odpowiednio 500 mA i 1 A. Układy te mają zabezpieczenia przeciwzwarciowe oraz ob- wody łagodnego włączenia zasilania (soft- -start). Układ SP7685 jest zasilaczem diod LED z trybem Flash. W tym trybie, dioda LED jest zasilana w krótkim przedziale czasu prądem o większym natężeniu od nominal- nego. Maksymalny czas pracy w trybie Flash układu SP7685 wynosi 3,6 s. W trybie Flash Więcej informacji o diodach LED dużej mocy oraz ich układach zasilania i sterowania zamieściliśmy w specjalnym numerze Elektroniki Praktycznej Plus ?Power LED?. Rys. 4. Podstawowe użycie układu DD311 Rys. 5. Zasilacz diod LED zbudowany na bazie układu MIC4682 Rys. 6. Sposób odprowadzania ciepła z układów MIC4682 76 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 WYBÓR KONSTRUKTORA Układ ma wewnętrzne zabezpieczenie tem- peraturowe z temperaturą progową 150°C. Układami prostszymi, o mniejszej licz- bie wyprowadzeń, są układy ZXLD135x i ZXLD136x. Są zamykane w obudowach TSOT23-5, o pięciu wyprowadzeniach. Róż- nią się głównie maksymalnym natężeniem prądu wyjściowego, które dla układów ZXL- D135x wynosi 350 mA, a dla układów ZXL- D136x 1 A. Zasilacze diod LED zbudowane z tych układów wyróżniają się prostotą bu- dowy (rys. 9). Sterowanie prądem wyjścio- wym odbywa się poprzez zmianę napięcia podawanego na końcówkę ADJ. Zmiana na- pięcia przyłożonego na tej końcówce w prze- dziale 0,3...2,5 V umożliwia zmianę prądu wyjściowego w przedziale 25...200% prądu nominalnego. Aby odłączyć prąd diody na- leży podać na końcówkę ADJ napięcie niższe niż 0,2 V. W normalnym trybie pracy koń- cówka ADJ może nie być nigdzie dołączona (pływająca), dzięki czemu prąd diody będzie zależał od wartości rezystora dołączonego do wejścia Isense . Układy samochodowe In?neon W ofercie ?rmy In?neon jest zasilacz diod LED TLE 4242 G o wydajności prą- dowej do 0,5 A, przeznaczony głównie do oświetlenia samochodowego. Jest to zasilacz stałoprądowy z wejściem dla sygnału z mo- dulatora PWM, dzięki któremu można stero- wać intensywnością świecenia dołączonych diod. Układ ma obwody zabezpieczające przed przeciążeniem, zwarciem, zmianą po- laryzacji zasilania oraz zabezpieczenie tem- peraturowe. Na wyjściu ST sygnalizowany jest brak obciążenia na wyjściu sterującym diodami LED. Zasilacz TLE 4242 G jest zasilany napię- ciem stałym 4,5...42 V (obwody wejściowe tolerują napięcie z przedziału ?42...45 V). Natężenie prądu płynącego przez diody jest regulowane za pomocą rezystora włączonego szeregowo między katodę diody LED (ostat- nią w szeregu), a masę. Na rys. 10 przedstawiono porówna- nie stałoprądowych zasilaczy diod LED: na rys. 10a układ zasilania z rezystorem usta- lającym prąd płynący przez 3 diody LED, a na rys. 10b z użyciem układu zasilacza TLE 4242 G. Zastosowanie dedykowanego zasilacza pozwala na zabezpieczenie przed przekroczeniem dopuszczalnego prądu dio- dy (wykresy po lewej stronie). Linear Technology W ofercie ?rmy Linear Technology war- to przyjrzeć się układowi LTM8040. Jest to zasilacz diod LED o wydajności prądo- wej od 35 mA do 1 A, charakteryzujący się niewielkimi wymiarami obudowy LGA 15×9×2,82 mm. Układ zasilany jest napię- ciem stałym 4...36 V. Ma możliwość stero- wania jasnością dołączonych diod LED za Rys. 7. Przetwornica impulsowa DC-DC o wydajności prądowej 1,5 A Rys. 9. Podstawowy schemat układu zasilacza diod LED z układem ZXLD1366 tów zewnętrznych (rys. 8). Układ ma zabezpieczenia przeciwprzeciążeniowe, tem- peraturowe oraz ogranicznik napięcia wyjściowego. Może pracować w kon?guracji za- równo boost jak i buck. Diodes Incorporated Firma Diodes Incorporated ma w ofercie zasilacze diod LED produkowane do nie- dawna przez ?rmę Zetex. W ofercie ?rmy są przetwornice DC-DC (typu boost) ZXLD132x o wydajności prądowej 0,7 A (ZXLD1322) 1 A(ZXLD1321) albo 1,5 A (ZXLD1320). Układ ZXLD1320 jest zasilany napięciem 4...18 V, ZXLD1321 1,2...12 V a ZXLD1322 2,5...15 V. Prąd diody jest ustawiany w za- kresie 10...100% maksymalnej wydajności prądowej za pomocą zewnętrznego rezysto- ra. Układy ZXLD132x mają wejścia do kom- pensacji temperaturowych zmian natężenia prądu. Zmiana napięcia na wyprowadzeniu TADJ w przedziale 50...75 mV powoduje od- jęcie od prądu diody prądu korygującego. Je- żeli napięcie spadnie poniżej 50 mV, natęże- nie prądu wyjściowego diody będzie niższe od 10% natężenia nominalnego, a przy na- pięciu powyżej 75 mV nie jest dokonywana korekcja. Dołączenie do wejścia TADJ rezy- stora połączonego szeregowo z termistorem pozwala na dobranie temperatury progowej. Rys. 10. Porównanie stałoprądowych zasilaczy diod LED: a) z użyciem elementów dyskretnych, b) z dedykowanym zasilaczem TLE 4242 G układ zasila diody prądem o natężeniu do 1,2 A, a przy pracy ciągłej (tzw. tryb Torch) do 400 mA (ze sprawnością dochodzącą do 94%). Zaletą układu są niewielkie rozmiary oraz niewielka liczba potrzebnych elemen- Rys. 8. Aplikacja układu SP7685 77ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 Układy zasilania diod LED dużej mocy pomocą zewnętrznego modulatora PWM. Przykładowy schemat układu zasilania diod LED przedstawiono na rys. 11. Innym interesującym układem jest LTM3517 ? zasilacz diod LED o wydajności prądowej do 1,5 A. Prąd płynący przez diody LED może być modulowany zewnętrznym sygnałem PWM (możliwość zmiany inten- sywności świecenia diod LED 5000:1 ? czę- stotliwość przełączania PWM 100 Hz). Na rys. 12 przedstawiono schemat tego układu. Ma on obwody zabezpieczające przed roz- warciem obwodu zasilania diod LED (open Rys. 11. Schemat aplikacyjny układu LTM8040 Rys. 12. Schemat zasilacza diod LED LTM3517 LED protection). Może pracować w trybie podwyższającym napięcie wejściowe (boost) lub obniżającym (buck), jak również w trybie buck-boost. Zasilacze Supertex W ofercie ?rmy Supertex są układy do sterowania tranzystorami MOSFET, dzięki którym można zbudować zasilacze dla diod LED dużej mocy. Najnowszą przetwornicą impulsową DC-DC do zasilania diod LED, z zewnętrznym tranzystorem MOSFET, jest układ oznaczony symbolem HV9919. Ma maksymalną częstotliwość pracy 2 MHz i jest zasilany napięciem 4,5...40 V. Zewnętrzny tranzystor MOSFET (rys. 13) jest dobierany w zależności od napięcia zasilania oraz żąda- nego natężenia prądu płynącego przez diody LED. Jest ono ustawiane za pomocą szerego- wego rezystora RSENSE . Układ ma możliwość regulacji intensywności świecenia diod LED zewnętrznym sygnałem PWM (wejście DIM) lub sygnałem analogowym z przedziału 0...2 V (wejście ADIM). Interesującym układem jest HV9910B, który może być zasilany napięciem stałym do 450 V. Podobnie jak układ HV9919 ma możliwość dołączenia zewnętrznego sygnału PWM lub sygnału analogowego 0...250 mV w celu sterowania intensywnością świecenia diod LED. Układy HV9911 i HV9912 są przetworni- cami, które mogą pracować w topologii buck, boost oraz buck-boost lub SEPIC. Są to ukła- dy o identycznej kon?guracji wyprowadzeń i mogą być stosowane zamiennie w zależno- ści od napięcia wejściowego. Układ HV9911 zasilany jest napięciem do 250 V, a układ HV9912 do 90 V. Możliwości kontroli inten- sywności świecenia diod LED są podobne jak dla układów HV9919 i HV9910B. Układy mają zabezpieczenia przeciw- przepięciowe i nadprądowe. Sygnalizacja usterki następuje na wyjściu FAULT i odłą- czane są obwody wyjściowe. Wystąpienie usterki jest zapamiętywane w wewnętrznym przerzutniku, który może być wyzerowany jedynie po ponownym włączeniu układu. 78 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 WYBÓR KONSTRUKTORA zewnętrznego sygnału z modulatora PWM w celu regulacji intensywności świecenia diod. W październiku 2008 roku ?rma Catalyst została zakupiona przez ON Semiconductor. Więc jej produkty są już znakowane logo ON Semiconductor. Nowym układem zaprojek- towanym jeszcze przez zespół inżynierów ?rmy Catalyst jest CAT4101. Jest to zasilacz stałoprądowy diod LED o wydajności do 1 A, przy napięciu 3...25 V. Zasilanie diod LED może być kluczowane zewnętrznym sygna- łem PWM o częstotliwości do 50 kHz, poda- nym na wejście zezwolenia EN/PWM. Zaletą układu jest niewielka liczba zewnętrznych elementów pasywnych. Do ustawienia natę- żenia prądu płynącego przez diody LED służy rezystor dołączany do wejścia RSET (rys. 16). Zasilacze diod LED ?rmy Rohm na napięcie przemienne W ofercie ?rmy Rohm znajdują się za- silacze stałoprądowe diod LED, przetworni- ce DC/DC oraz inne podzespoły (np. diody Shottky?ego) służące do budowy zasilaczy. Interesującymi układami tej ?rmy są układy z serii BP58xx, które są zasilane bezpośred- nio z sieci napięcia przemiennego. Przykła- dowy schemat zasilacza diod LED z użyciem układu BP5842A przedstawiono na rys. 17. Dzięki zastosowaniu mostka diodowego 800 V/1 A, przez diodę LED płynie prąd o natężeniu ok. 960 mA. Układy z rodziny BP58xx są produkowane na różne prądy wyjściowe z zakresu 30...960 mA. Dostępne obecnie układy są dostosowane do napięcia sieci do 120 V. W opracowaniu jest jednak układ BP5847W dostosowany do napięcia 240 V. Rys. 14. Schemat użycia układu MAX16834 Rys. 15. Zasilacz typu Buck zbudowany z przetwornicy NCP3066 Układem zasilacza przeznaczonym dla diod LED dużej mocy RGB jest HV9982. Jest to przetwornica DC-DC o trzech kanałach. Sterowanie intensywnością świecenia każ- dego kanału odbywa się podobnie, jak dla jednokanałowych układów tej ?rmy sygna- łem PWM lub analogowym. Układ zasilany jest napięciem do 40 V. Zasilacze diod LED ?rmy Maxim Integrated Products W ofercie ?rmy Maxim są zasilacze diod LED oraz zasilacze z funkcjonalnością ste- rowników. Przykładowym układem jest MA- X16834. Reguluje on wartość prądu płynące- go przez diody LED za pomocą dwóch N-ka- nałowych tranzystorów MOSFET (rys. 14). Intensywność świecenia diod określana jest cyfrowo poprzez zewnętrzny sygnał PWM (o częstotliwości do 20 kHz) lub analogo- wo poprzez zmianę napięcia podawane- go na wejście wewnętrznego komparatora sterującego prądem płynącym przez diody LED. Układ ma wbudowane zabezpieczenie przeciw zanikowi napięcia zasilania, prze- ciwprzepięciowe oraz temperaturowe. Czę- stotliwość przełączania może być dobierana z przedziału 0,1...1 MHz. Układ sterownika diod LED MAX16816 jest przeznaczony do sterowania zewnętrz- nymi tranzystorami MOSFET. Jest on kon?- gurowany przez interfejs 1-wire, a wartości nastaw są przechowywane w wewnętrznej pamięci EEPROM. Można ustawiać m.in. prąd płynący przez diody LED, czas narastania natężenia prądu po włączeniu napięcia zasilania (soft start), wyjściowe napięcie sterujące bramką tranzystora MOSFET oraz włączanie lub wy- łączanie wewnętrznego generato- ra. Przy wyłączonym wewnętrz- nym oscylatorze układy te mogą być łączone szeregowo i synchronizowane ze- wnętrznym sygnałem ze- garowym. Układ z tranzystora- mi MOSFET może zasi- lać diody prądem o natę- żeniu dochodzącym do 30 A. Ma obwody prze- ciwprzepięciowe, prze- ciwzwarciowe oraz wy- łącznik temperaturowy. Częstotliwość wewnętrz- nego generatora może być wybierana z przedziału 0,125...1,5 MHz. Możli- wa jest synchronizacja zewnętrznym sygnałem zegarowym. Układy zasilania ?rm ON Semiconductor oraz Catalyst W ofercie ?rmy ON Semiconductor jest m.in. zasilacz impulsowy NCP3066. Może on pracować zarówno jako podwyższający jak i obniżający napięcie oraz w kon?guracji inwertera napięcia wejściowego. Przykład zastosowania układu NCP3066 w trybie ob- niżającym napięcie (buck) przedstawiono na Rys. 13. Przetwornica DC-DC HV9919 Rys. 16. Schemat zasilacza diod LED mocy z napięcia 12 V rys. 15. Układ ma zin- tegrowany przełącznik o wydajności prądowej 1,5 A oraz częstotliwości przełączania do 250 kHz. Dostępna jest też ?sa- mochodowa? odmiana układu o oznaczeniu NCV3066 (temperatu- ra pracy ?40...125°C, dla wersji standardowej 0...125°C). Wyprowa- dzenie ON/OFF układu umożliwia dołączenie 79ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 Układy zasilania diod LED dużej mocy International Recti?er W ofercie ?rmy International Recti?er są dedykowane układy do zasilania diod LED oznaczone symbolami IRS2540 i IRS2541. Są to zasilacze stałoprądowe typu buck, któ- re są zasilane napięciem 200 V (IRS2540) lub 600 V (IRS2541). Układy sterują dwoma tranzystorami MOSFET (high-side i low-si- de) kontrolującymi przepływ prądu przez diody. Przykładowy schemat aplikacyjny przedstawiono na (rys. 18). Układy IRS254x pracują przy częstotliwości do 500 kHz. Maksymalne natężenie prądu wyjściowego wynosi 500 mA. Dzięki dołączeniu do wej- ścia zezwolenia ENN zewnętrznego sygnału z modulatora PWM, można sterować inten- sywnością świecenia diod LED. Układy mają wewnętrzne obwody zabezpieczenia przed zwarciem z możliwością dodania obwodu wykrywającego rozwarcie na wyjściu. Specjalizowane układy ?rmy STMicroelectronics STCF05 jest przetwornicą impulsową DC/DC podwyższającą napięcie, o wydajno- ści prądowej do 400 mA w trybie Flash. Jest przeznaczona głównie dla urządzeń przeno- Rys. 17. Zasilacz diod LED na napięcie przemienne z układem BP5842A Rys. 18. Schemat aplikacyjny układu IRS2540,1 Rys. 19. Schemat zasilacza podświetlania telewizora LCD z układem UBA3070 śnych, w których może pełnić funkcję wyzwa- lacza lampy błyskowej aparatu komórkowego. W trybie pracy ciągłej układ może zasilać diody LED prądem o natężeniu do 140 mA. Jest sterowa- ny i kon?gurowany za pośrednictwem interfej- su I2 C. Czas wyzwalania błysku (tryb Flash) może być zapisany w rejestrach układu lub precyzyjnie kontrolowany przez mikrokontroler, poprzez wejście wyzwolenia TRIG. Układ STCF05 może sterować dodatko- wo czerwoną diodą LED służącą do oświetle- nia dla systemu automatycznej ostrości. Podobnym układem, o wydajności prą- dowej 1,5 A w trybie Flash, jest układ STC- F06. W trybie ciągłego zasilania STCF06 do- starcza prąd o natężeniu do 370 mA. UBA3070 jest przedstawicielem nowej rodziny układów do zasilania diod LED. Maksymalne wartości natężenia prądu wyj- ścia GATE do sterowania zewnętrznym tran- zystorem MOSFET wynoszą: 2 A (wyjście GATE pracuje w trybie ujścia prądowego) oraz 0,8 A (w trybie źródła prądowego). Układ wyposażono w obwody zabezpiecza- jące przed zbyt wysokim napięciem, dużym prądem oraz temperaturą. Ma wejście ze- zwolenia, które może służyć do sterowania intensywnością świecenia zasilanych diod LED. Może zasilać diody LED w aplikacjach wymagających wysokiego napięcia nawet do 80 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 WYBÓR KONSTRUKTORA Rys. 20. Przetwornica DC-DC podwyższająca napięcie z 3,3 V na 12 V o wydajności prądowej 100 mA Rys. 22. Schemat zasilacza z odłączaniem obciążenia przy przejściu w tryb obniżonego poboru prądu Rys. 21. Przetwornica DC-DC ADP1653 niżającenapięciewejściowe(buck)MCP16x2. Wydajność prądowa wynosi 1 A dla układu MCP1612 i 0,5 A dla MCP1602. Są one zasi- lane napięciem 2,7...5,5 V a apięcie wyjścio- we jest ustawiane w zakresie 0,8...5 V. Ich częstotliwość przełączania wynosi 2 MHz (MCP1602) i 1,4 MHz (MCP1612). Mają za- bezpieczenia przeciwzwarciowe, termiczne oraz obwody wyłączające przetwornicę przy zbyt niskim napięciu wejściowym. Układ MCP1602 ma wyjście PG sygnalizujące prze- kroczenie 94% wartości nominalnego napię- cia wyjściowego. Analog Devices Analog Devices ma w ofercie układy do zasilania diod LED z trybem Flash, na przykład układ ADP1653. Jest to przetwor- nica DC-DC zoptymalizowana dla urządzeń przenośnych. Ma ona niewielkie wymiary 3x3 mm, a w typowej kon?guracji wymaga- ne są jedynie cztery elementy zewnętrzne (rys. 21). Wydajność prądowa wyjścia zasila- nia diod LED w trybie Flash wynosi 500 mA oraz 200 mA w trybie pracy ciągłej. Kon?- gurowanie trybu pracy układu dokonywane jest poprzez dwie końcówki CTRL0 i CTRL1 lub poprzez interfejs I2 C dołączony do tych końcówek. Wybór trybu pracy dokonywany jest poprzez podanie logicznego 0 lub 1 na wejście INTF. Układ ma obwody wykrywają- ce przeróżne usterki: zbyt dużego napięcia, zbyt długiej pracy w trybie Flash (powyżej 820 ms), temperaturowe, wykrywania zwar- cia. Wykrycie usterki jest sygnalizowane na wyjściu przerwania INT. Układ zasilany jest napięciem 2,7...5,5 V. Układem do zasilania diod LED prądem o większym natężeniu jest ADP1610. Jest to przetwornica impulsowa DC-DC podwyższa- jąca napięcie wejściowe. Układ jest zasilany napięciem 2,5...5,5 V, a maksymalne możli- we do uzyskania napięcie wyjściowe wynosi 12 V. Ma zintegrowany tranzystor przełącza- jący 1,2 A, 0,2 V. Częstotliwość przełączania może być wybierana (za pomocą wyprowa- dzenia RT) spośród dwóch wartości: 700 kHz i 1,2 MHz. Układ ma wejście przełączające go w stan obniżonego poboru mocy standby (ST). W tym stanie pobiera prąd o natężeniu 10 nA. Na rys. 22 przedstawiono schemat układu zasilacza z odłączaniem obciążenia przy przejściu w tryb standby. Podsumowanie W artykule przedstawione zostały nowe, najbardziej interesujące podzespoły do apli- kacji oświetleniowych. Jednym z najważniej- szych elementów układu oświetleniowego zbudowanego z diod LED jest zasilacz sta- łoprądowy, który musi zapewnić im odpo- wiednie warunki pracy. Maciej Gołaszewski, EP maciej.golaszewski@ep.com.pl 600 V, przyłożonego do szeregowo połączo- nych diod. Przykładem takiego zastosowa- nia może być podświetlenie telewizora LCD (rys. 19). Zasilacze i sterowniki ?rmy Microchip Również ?rma Microchip ma w ofercie zasilacze diod LED. Zasilaczami impulso- wymi tej ?rmy, przeznaczonymi dla jasnych diod LED, są układy MCP1650...MCP1653. Można je zastosować do budowy zasilaczy podwyższających napięcie (do 3,3...100 V), z zewnętrznym elementem przełączającym. Częstotliwość przełączania tych układów jest stała i wynosi 750 kHz. Układy MCP165x są zasilane napięciem 2,7...5,5 V. Schemat przykładowego zasilacza diod LED ze źródła 3,3 V przedstawiono na rys. 20. Układy są wyposażone w obwody przeciwzwarciowe. Do układów MCP165x są dostępne zestawy ewaluacyjne dla różnych kon?guracji zasila- cza. Układy MCP1652 i MCP1653 mają wyj- ście PG sygnalizujące przekroczenie przez napięcie zasilania ?15% wartości nominal- nej. Układy MCP1651 i MCP1653 mają wej- ście LBI służące do monitorowania napięcia zasilania bateryjnego oraz wyjście LBO sy- gnalizujące spadek napięcia zasilania bate- ryjnego poniżej progu. W ofercie ?rmy Microchip znajdują się również przetwornice impulsowe DC/DC ob-
Artykuł ukazał się w
Maj 2009
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich sierpień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów