- Лінійні і імпульсні: драйвери потужних світлодіодів від Maxim Світлодіоди - це низьковольтні напівпровідникові...
- Імпульсні драйвери світлодіодів
- Про компанію Maxim Integrated
- Лінійні і імпульсні: драйвери потужних світлодіодів від Maxim
- Лінійні драйвери світлодіодів
- Імпульсні драйвери світлодіодів
- Про компанію Maxim Integrated
- Лінійні і імпульсні: драйвери потужних світлодіодів від Maxim
- Лінійні драйвери світлодіодів
- Імпульсні драйвери світлодіодів
- Про компанію Maxim Integrated
Лінійні і імпульсні: драйвери потужних світлодіодів від Maxim
Світлодіоди - це низьковольтні напівпровідникові прилади. Для того щоб забезпечити тривалий термін служби світлодіода, необхідно стабілізувати протікає через нього струм, а не напруга. Справа в тому, що навіть незначна зміна прямого напруги на світлодіоді призведе до різкого стрибка струму, що протікає через нього (рис. 1). Як приклад узятий повноколірний RGBW-світлодіод з серії MC-E компанії Cree (буква «W» підкреслює, що світлодіоди цієї серії забезпечують ще й біле світіння). Крім того, падіння напруги на світлодіодах різних кольорів досить сильно відрізняються. Наприклад, на світлодіоді червоного кольору воно приблизно в 1,5 рази менше ніж на синьому, білому або зеленому. Цей фактор необхідно враховувати при послідовному включенні, так як при однаковій кількості послідовно включених світлодіодів різних кольорів сумарне падіння напруги може відрізнятися на 50%.
Мал. 1. Залежності прямих падінь напруги від струму для світлодіодів різних кольорів
Ще одна причина, що змушує живити світлодіоди саме стабілізованою струмом - це залежність світлового потоку від протікає через них струму. Цю залежність використовують при необхідності регулювання яскравості світлодіодного світильника або для отримання різних колірних відтінків світіння в повнокольорових RGBW. Однак в більшості випадків потрібно саме стабільне рівномірне світіння. На малюнку 2 приведені залежності світлового потоку для світлодіодів різних кольорів на прикладі серії MC-E компанії Cree. З малюнка 2 видно, що для зміни світлового потоку світлодіодів серії MC-E від 20 до 100 відсотків ток світлодіода повинен змінюватися від 100 до 350 мА. Діапазон зміни струму зазвичай регулюється за допомогою світлодіодних драйверів.
Мал. 2. Залежності світлового потоку від прямого струму через світлодіоди різних кольорів
Лінійні драйвери світлодіодів
Компанія Maxim випускає лінійні і імпульсні драйвери світлодіодів. Вихідний каскад лінійних драйверів є генератор струму на польовому транзисторі з p-каналом. Структура і типова схема включення лінійного драйвера показана на рис. 3.
Мал. 3. Типова схема включення і структура лінійного драйвера
Струм через послідовно включені світлодіоди задається резистором RSENSE (датчиком струму). Падіння напруги на цьому резисторі визначає вихідна напруга диференціального підсилювача DIFF AMP, яке надходить на неінвертуючий вхід регулюючого підсилювача IREG. Регулює ОУ порівнює напруга помилки з опорним, формуючи на своєму виході потенціал для управління польовим транзистором з p-каналом, що працюють в лінійному режимі, тому що розглядаються драйвери програють в ефективності імпульсним. Однак лінійні драйвери мають простоту застосування, низькою ціною і мінімальними електромагнітними випромінюваннями (ЕМВ).
У деяких випадках (наприклад, в автомобільних) ціна і простота застосування мають визначальне значення при виборі світлодіодного драйвера. Основні параметри лінійних драйверів світлодіодів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Лінійні драйвери потужних світлодіодів (Linear HB LED drivers)
НайменуванняОбласті застосуванняUвх, ВIвих.макс., АШІМ-діммінг (PWM-Dimming)КорпусАвтомобільні додаткиЗагальна
застосуванняПідсвічування
дисплеяMAX16800
Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:30 16-TQFN MAX16803 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1: 200 16-TQFN MAX16804 / 05/06 Так Так 5,5 ... 40 0,35 1: 200 20-TQFN MAX16815 Так Так 6,5 ... 40 0,1 1: 100 6-TDFN MAX16823 Так Так 5,5 ... 40 0,1 / канал 1: 200 16-TQFN; 16-TSSOP MAX16824 Так Так Так 6,5 ... 28 0,15 / канал 1: 5000 16-TSSOP MAX16825 Так Так Так 6,5 ... 28 0,15 / канал 1: 5000 16-TSSOP MAX16828 Так Так 6,5 ... 40 0,2 1: 100 6-TDFN MAX16835 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:80 16-TQFN MAX16836 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:80 16-TQFN MAX16839 Так Так 5 ... 40 0,1 1: 200 6-TDFN; 8-SO
Більшість з них мають діапазон вхідних напруг 6,5 ... 40 В. Максимальні значення вихідних струмів складають 0,1 ... 0,35 А. Кожна мікросхема з таблиці 1 допускає імпульсне регулювання вихідного струму (ШІМ-діммінг). Управляти яскравістю світлодіодів можна за допомогою регулювання шпаруватості імпульсів, що формуються таймером ICM7555. Рекомендована для цього виробником схема приведена на рис. 4. Параметри зовнішніх компонентів для ШІМ-послідовності імпульсів, що формується таймером, наведені у відповідній документації для ICM7555.
Мал. 4. Управління яскравістю світлодіодів за допомогою таймера ICM7555
На рис.5 наведена рекомендована виробником схема для захисту потужних світлодіодів від перегріву за допомогою термістора NTC. Струм обмеження через світлодіоди розраховується за формулою: ILED = [VSENSE - [R2 / (R2 + R1)] V5] / R1, де V5- вихідна напруга 5В від вбудованого стабілізатора напруги. Така нескладна доопрацювання схеми дозволить виключити можливість виходу з ладу дорогих світлодіодів через неприпустимо високої температури корпусу, адже навіть невелике перевищення максимально допустимої температури різко скорочує їх термін служби.
Мал. 5. Захист світлодіодів від перегріву за допомогою термістора
На рис. 6 показаний спосіб збільшення вихідного струму драйвера за допомогою зовнішнього біполярного транзистора. Слід зазначити, що в цьому випадку світлодіоди підключаються між входом джерела живлення і колектором біполярного транзистора, а це не завжди зручно.
Мал. 6. Збільшення струму драйвера за допомогою зовнішнього біполярного транзистора
Схема для збільшення вихідного струму, показана на рис. 7, вільна від цього недоліку. Катод нижнього за схемою світлодіода підключається безпосередньо до загального проводу, що в більшості випадків набагато краще попереднього варіанту, показаного на рис. 6, коли на катоді нижнього світлодіода завжди присутній ненульовий потенціал. Більшість мікросхем лінійних драйверів з таблиці 1 допускають розглянуті варіанти збільшення вихідного струму. Як приклад на малюнках 6 і 7 приведена мікросхема MAX16803.
Мал. 7. Паралельне включення двох драйверів для збільшення вихідного струму
Імпульсні драйвери світлодіодів
Для портативних освітлювальних приладів дуже важливий високий ККД перетворення світлодіодних драйверів, тому в їх схемах використовуються імпульсні DC / DC-перетворювачі з різними топологиями і схемними рішеннями, що забезпечують стабілізацію вихідного струму. Високий ККД перетворення імпульсних драйверів світлодіодів дозволяє збільшити час роботи автономного джерела живлення.
Компанія Maxim випускає сімейство імпульсних драйверів для живлення світлодіодів постійним струмом, що мають можливість регулювання яскравості за допомогою аналогового або цифрового сигналу з ШІМ. Основні параметри і області застосування цих драйверів наведені в таблиці 2.
Таблиця 2. Імпульсні драйвери потужних світлодіодів (Switch-mode HB LED drivers)
Наіменова- няОбласті застосуванняТопологіяUвх, ВIвих.макс, АЧастотаШІМ-діммінг (PWM-Dimming)КорпусАвтомобільні додаткиЗагальна
застосуванняПідсвічування дисплеяMAX16801
Так Boost, flyback, SEPIC 10,8 ... 24 10,0 262 кГц 1: 3000 8-mMAX MAX16802 Так Boost, buck, flyback, SEPIC 10,8 ... 24 10,0 262 кГц 1: 3000 8- mMAX MAX16807 Так Boost, SEPIC + 8 linear * 8 ... 26,5 0,05 / канал від 20 кГц до 10 МГц 1: 5000 28-TSSOP-EP MAX16809 Так Boost, SEPIC + 16 linear 8 ... 26,5 0,05 / канал від 20 кГц до 10 МГц 1: 5000 38-TQFN MAX16814 Так Так Так Boost, SEPIC + 4 linear 4,75 ... 40 0,15 / канал від 200 Гц до 2 МГц 1: 5000 20-TQFN; 20-TSSOP MAX16819 Так Так Buck 4,5 ... 28 3,0 від 20 кГц до 2 МГц 1: 5000 6-TDFN MAX16820 Так Так Buck 4,5 ... 28 3,0 від 20 кГц до 2 МГц 1: 5000 6 TDFN MAX16821 Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 4,75 ... 5,5; 7 ... 28 30,0 від 125 кГц до 1,5 МГц 1: 5000 28-TQFN MAX16822 Так Так Buck 6,5 ... 65 0,35 від 20 кГц до 2 МГц 1: 1000 8-SO MAX16826 Так Так Так Boost, SEPIC + 4 linear 4,75 ... 24 3,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 2000 32-TQFN-EP MAX16832 Так Так Buck 6,5 ... 65
0,7 від 20 кГц до 2 МГц 1: 1000 8-SO-EP MAX16833 Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 5 ... 65 2,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 3000 16-TSSOP MAX16834 Так Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 4,5 ... 28 2,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 3000 20-TQFN-EP MAX16838 Так Так Так Boost, SEPIC + 2 linear 4,75 ... 40 0,15 / канал від 200 Гц до 2 МГц 1: 5000 20-TQFN; 20-TSSOP * linear - лінійний стабілізатор
Імпульсні драйвери мають широкі діапазони вхідної напруги. Наприклад, у мікросхеми MAX16833 вхідний діапазон напруг від 5 до 65 В, у MAX16822 - від 6,5 до 65 В. Розробникові пропонуються на вибір драйвери з дуже широким діапазоном частоти перетворення. Деякі мікросхеми дозволяють задавати частоту перетворення від 20 кГц до 2 МГц (ці параметри наведені в таблиці 2). Контролери світлодіодних драйверів MAX16801 і MAX16802 дозволяють розробити DC / DC-перетворювач з вихідним стабілізованою струмом до 10 А. Драйвери MAX16807, MAX16809, MAX16838 і MAX16814 дозволяють отримати діапазон регулювання вихідного струму з відношенням 1: 5000. Більшість імпульсних світлодіодних драйверів дозволяють вибрати найбільш оптимальну топологію схеми для досягнення максимальної ефективності роботи схеми перетворення. Наприклад, MAX16821, MAX16833 і MAX16834 дають можливості вибору топології перетворювача з чотирьох можливих варіантів: boost, buck, buck-boost або SEPIC. Для полегшення правильного вибору світлодіодного драйвера виробник наводить рекомендовані області застосування для кожного найменування. Мініатюрні корпусу і необхідні компактні зовнішні компоненти дозволяють створити схему з малими габаритами і широкими функціональними можливостями. У документації кожного драйвера наводяться рекомендовані схеми включення для конкретного додатка, що істотно полегшує проектування.
Кілька слів про способи регулювання яскравості світлодіодів за допомогою імпульсних драйверів. Найбільш популярні аналогова і ШІМ-регулювання. Обидва методи мають свої переваги і недоліки. Управління інтенсивністю світіння за допомогою ШІМ-регулювання дозволяє значно послабити відхилення колірного відтінку світлодіода, але вимагає додаткового формувача послідовності імпульсів ШІМ. Регулювання яскравості аналоговим методом заснована на більш простою схемою, але він може виявитися неприпустимим при необхідності підтримання постійної температури кольору світлодіодів.
Аналогова регулювання змінює величину постійного струму світлодіода. Управління силою світла світлодіоди зазвичай проводиться регулюванням змінного резистора або змінним рівнем напруги, що управляє, подається на спеціально призначений для цього вхід. Метод регулювання світлового потоку світлодіода за допомогою ШІМ полягає в періодичному включенні і виключенні струму через світлодіод на короткі проміжки часу. Частота ШІМ зазвичай вибирається не менше 200 Гц для повного виключення ефекту мерехтіння і створення комфортного сприйняття світлового потоку людиною. Інтенсивність світіння світлодіода при управлінні за допомогою ШІМ пропорційна робочого циклу імпульсної послідовності.
Багато сучасні мікросхеми імпульсних драйверів світлодіодів мають спеціальний вхід PWM DIM, на який можна подавати сигнали ШІМ різних частот і амплітуд, що істотно спрощує сполучення драйвера зі схемами зовнішньої логіки. Додатково для управління світлодіодним драйвером можуть використовуватися вхід дозволу виходу і інші логічні функції.
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі
Лінійні і імпульсні: драйвери потужних світлодіодів від Maxim
Світлодіоди - це низьковольтні напівпровідникові прилади. Для того щоб забезпечити тривалий термін служби світлодіода, необхідно стабілізувати протікає через нього струм, а не напруга. Справа в тому, що навіть незначна зміна прямого напруги на світлодіоді призведе до різкого стрибка струму, що протікає через нього (рис. 1). Як приклад узятий повноколірний RGBW-світлодіод з серії MC-E компанії Cree (буква «W» підкреслює, що світлодіоди цієї серії забезпечують ще й біле світіння). Крім того, падіння напруги на світлодіодах різних кольорів досить сильно відрізняються. Наприклад, на світлодіоді червоного кольору воно приблизно в 1,5 рази менше ніж на синьому, білому або зеленому. Цей фактор необхідно враховувати при послідовному включенні, так як при однаковій кількості послідовно включених світлодіодів різних кольорів сумарне падіння напруги може відрізнятися на 50%.
Рис. 1. Залежності прямих падінь напруги від струму для світлодіодів різних кольорів
Ще одна причина, що змушує живити світлодіоди саме стабілізованою струмом - це залежність світлового потоку від протікає через них струму. Цю залежність використовують при необхідності регулювання яскравості світлодіодного світильника або для отримання різних колірних відтінків світіння в повнокольорових RGBW. Однак в більшості випадків потрібно саме стабільне рівномірне світіння. На малюнку 2 приведені залежності світлового потоку для світлодіодів різних кольорів на прикладі серії MC-E компанії Cree. З малюнка 2 видно, що для зміни світлового потоку світлодіодів серії MC-E від 20 до 100 відсотків ток світлодіода повинен змінюватися від 100 до 350 мА. Діапазон зміни струму зазвичай регулюється за допомогою світлодіодних драйверів.
Рис. 2. Залежності світлового потоку від прямого струму через світлодіоди різних кольорів
Лінійні драйвери світлодіодів
Компанія Maxim випускає лінійні і імпульсні драйвери світлодіодів. Вихідний каскад лінійних драйверів є генератор струму на польовому транзисторі з p-каналом. Структура і типова схема включення лінійного драйвера показана на рис. 3.
Рис. 3. Типова схема включення і структура лінійного драйвера
Струм через послідовно включені світлодіоди задається резистором RSENSE (датчиком струму). Падіння напруги на цьому резисторі визначає вихідна напруга диференціального підсилювача DIFF AMP, яке надходить на неінвертуючий вхід регулюючого підсилювача IREG. Регулює ОУ порівнює напруга помилки з опорним, формуючи на своєму виході потенціал для управління польовим транзистором з p-каналом, що працюють в лінійному режимі, тому що розглядаються драйвери програють в ефективності імпульсним. Однак лінійні драйвери мають простоту застосування, низькою ціною і мінімальними електромагнітними випромінюваннями (ЕМВ).
У деяких випадках (наприклад, в автомобільних) ціна і простота застосування мають визначальне значення при виборі світлодіодного драйвера. Основні параметри лінійних драйверів світлодіодів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Лінійні драйвери потужних світлодіодів (Linear HB LED drivers)
НайменуванняОбласті застосуванняUвх, ВIвих.макс., АШІМ-діммінг (PWM-Dimming)КорпусАвтомобільні додаткиЗагальна
застосуванняПідсвічування
дисплеяMAX16800
Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:30 16-TQFN MAX16803 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1: 200 16-TQFN MAX16804 / 05/06 Так Так 5,5 ... 40 0,35 1: 200 20-TQFN MAX16815 Так Так 6,5 ... 40 0,1 1: 100 6-TDFN MAX16823 Так Так 5,5 ... 40 0,1 / канал 1: 200 16-TQFN; 16-TSSOP MAX16824 Так Так Так 6,5 ... 28 0,15 / канал 1: 5000 16-TSSOP MAX16825 Так Так Так 6,5 ... 28 0,15 / канал 1: 5000 16-TSSOP MAX16828 Так Так 6,5 ... 40 0,2 1: 100 6-TDFN MAX16835 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:80 16-TQFN MAX16836 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:80 16-TQFN MAX16839 Так Так 5 ... 40 0,1 1: 200 6-TDFN; 8-SO
Більшість з них мають діапазон вхідних напруг 6,5 ... 40 В. Максимальні значення вихідних струмів складають 0,1 ... 0,35 А. Кожна мікросхема з таблиці 1 допускає імпульсне регулювання вихідного струму (ШІМ-діммінг). Управляти яскравістю світлодіодів можна за допомогою регулювання шпаруватості імпульсів, що формуються таймером ICM7555. Рекомендована для цього виробником схема приведена на рис. 4. Параметри зовнішніх компонентів для ШІМ-послідовності імпульсів, що формується таймером, наведені у відповідній документації для ICM7555.
Рис. 4. Управління яскравістю світлодіодів за допомогою таймера ICM7555
На рис.5 наведена рекомендована виробником схема для захисту потужних світлодіодів від перегріву за допомогою термістора NTC. Струм обмеження через світлодіоди розраховується за формулою: ILED = [VSENSE - [R2 / (R2 + R1)] V5] / R1, де V5- вихідна напруга 5В від вбудованого стабілізатора напруги. Така нескладна доопрацювання схеми дозволить виключити можливість виходу з ладу дорогих світлодіодів через неприпустимо високої температури корпусу, адже навіть невелике перевищення максимально допустимої температури різко скорочує їх термін служби.
Рис. 5. Захист світлодіодів від перегріву за допомогою термістора
На рис. 6 показаний спосіб збільшення вихідного струму драйвера за допомогою зовнішнього біполярного транзистора. Слід зазначити, що в цьому випадку світлодіоди підключаються між входом джерела живлення і колектором біполярного транзистора, а це не завжди зручно.
Рис. 6. Збільшення струму драйвера за допомогою зовнішнього біполярного транзистора
Схема для збільшення вихідного струму, показана на рис. 7, вільна від цього недоліку. Катод нижнього за схемою світлодіода підключається безпосередньо до загального проводу, що в більшості випадків набагато краще попереднього варіанту, показаного на рис. 6, коли на катоді нижнього світлодіода завжди присутній ненульовий потенціал. Більшість мікросхем лінійних драйверів з таблиці 1 допускають розглянуті варіанти збільшення вихідного струму. Як приклад на малюнках 6 і 7 приведена мікросхема MAX16803.
Рис. 7. Паралельне включення двох драйверів для збільшення вихідного струму
Імпульсні драйвери світлодіодів
Для портативних освітлювальних приладів дуже важливий високий ККД перетворення світлодіодних драйверів, тому в їх схемах використовуються імпульсні DC / DC-перетворювачі з різними топологиями і схемними рішеннями, що забезпечують стабілізацію вихідного струму. Високий ККД перетворення імпульсних драйверів світлодіодів дозволяє збільшити час роботи автономного джерела живлення.
Компанія Maxim випускає сімейство імпульсних драйверів для живлення світлодіодів постійним струмом, що мають можливість регулювання яскравості за допомогою аналогового або цифрового сигналу з ШІМ. Основні параметри і області застосування цих драйверів наведені в таблиці 2.
Таблиця 2. Імпульсні драйвери потужних світлодіодів (Switch-mode HB LED drivers)
Наіменова- няОбласті застосуванняТопологіяUвх, ВIвих.макс, АЧастотаШІМ-діммінг (PWM-Dimming)КорпусАвтомобільні додаткиЗагальна
застосуванняПідсвічування дисплеяMAX16801
Так Boost, flyback, SEPIC 10,8 ... 24 10,0 262 кГц 1: 3000 8-mMAX MAX16802 Так Boost, buck, flyback, SEPIC 10,8 ... 24 10,0 262 кГц 1: 3000 8- mMAX MAX16807 Так Boost, SEPIC + 8 linear * 8 ... 26,5 0,05 / канал від 20 кГц до 10 МГц 1: 5000 28-TSSOP-EP MAX16809 Так Boost, SEPIC + 16 linear 8 ... 26,5 0,05 / канал від 20 кГц до 10 МГц 1: 5000 38-TQFN MAX16814 Так Так Так Boost, SEPIC + 4 linear 4,75 ... 40 0,15 / канал від 200 Гц до 2 МГц 1: 5000 20-TQFN; 20-TSSOP MAX16819 Так Так Buck 4,5 ... 28 3,0 від 20 кГц до 2 МГц 1: 5000 6-TDFN MAX16820 Так Так Buck 4,5 ... 28 3,0 від 20 кГц до 2 МГц 1: 5000 6 TDFN MAX16821 Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 4,75 ... 5,5; 7 ... 28 30,0 від 125 кГц до 1,5 МГц 1: 5000 28-TQFN MAX16822 Так Так Buck 6,5 ... 65 0,35 від 20 кГц до 2 МГц 1: 1000 8-SO MAX16826 Так Так Так Boost, SEPIC + 4 linear 4,75 ... 24 3,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 2000 32-TQFN-EP MAX16832 Так Так Buck 6,5 ... 65
0,7 від 20 кГц до 2 МГц 1: 1000 8-SO-EP MAX16833 Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 5 ... 65 2,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 3000 16-TSSOP MAX16834 Так Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 4,5 ... 28 2,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 3000 20-TQFN-EP MAX16838 Так Так Так Boost, SEPIC + 2 linear 4,75 ... 40 0,15 / канал від 200 Гц до 2 МГц 1: 5000 20-TQFN; 20-TSSOP * linear - лінійний стабілізатор
Імпульсні драйвери мають широкі діапазони вхідної напруги. Наприклад, у мікросхеми MAX16833 вхідний діапазон напруг від 5 до 65 В, у MAX16822 - від 6,5 до 65 В. Розробникові пропонуються на вибір драйвери з дуже широким діапазоном частоти перетворення. Деякі мікросхеми дозволяють задавати частоту перетворення від 20 кГц до 2 МГц (ці параметри наведені в таблиці 2). Контролери світлодіодних драйверів MAX16801 і MAX16802 дозволяють розробити DC / DC-перетворювач з вихідним стабілізованою струмом до 10 А. Драйвери MAX16807, MAX16809, MAX16838 і MAX16814 дозволяють отримати діапазон регулювання вихідного струму з відношенням 1: 5000. Більшість імпульсних світлодіодних драйверів дозволяють вибрати найбільш оптимальну топологію схеми для досягнення максимальної ефективності роботи схеми перетворення. Наприклад, MAX16821, MAX16833 і MAX16834 дають можливості вибору топології перетворювача з чотирьох можливих варіантів: boost, buck, buck-boost або SEPIC. Для полегшення правильного вибору світлодіодного драйвера виробник наводить рекомендовані області застосування для кожного найменування. Мініатюрні корпусу і необхідні компактні зовнішні компоненти дозволяють створити схему з малими габаритами і широкими функціональними можливостями. У документації кожного драйвера наводяться рекомендовані схеми включення для конкретного додатка, що істотно полегшує проектування.
Кілька слів про способи регулювання яскравості світлодіодів за допомогою імпульсних драйверів. Найбільш популярні аналогова і ШІМ-регулювання. Обидва методи мають свої переваги і недоліки. Управління інтенсивністю світіння за допомогою ШІМ-регулювання дозволяє значно послабити відхилення колірного відтінку світлодіода, але вимагає додаткового формувача послідовності імпульсів ШІМ. Регулювання яскравості аналоговим методом заснована на більш простою схемою, але він може виявитися неприпустимим при необхідності підтримання постійної температури кольору світлодіодів.
Аналогова регулювання змінює величину постійного струму світлодіода. Управління силою світла світлодіоди зазвичай проводиться регулюванням змінного резистора або змінним рівнем напруги, що управляє, подається на спеціально призначений для цього вхід. Метод регулювання світлового потоку світлодіода за допомогою ШІМ полягає в періодичному включенні і виключенні струму через світлодіод на короткі проміжки часу. Частота ШІМ зазвичай вибирається не менше 200 Гц для повного виключення ефекту мерехтіння і створення комфортного сприйняття світлового потоку людиною. Інтенсивність світіння світлодіода при управлінні за допомогою ШІМ пропорційна робочого циклу імпульсної послідовності.
Багато сучасні мікросхеми імпульсних драйверів світлодіодів мають спеціальний вхід PWM DIM, на який можна подавати сигнали ШІМ різних частот і амплітуд, що істотно спрощує сполучення драйвера зі схемами зовнішньої логіки. Додатково для управління світлодіодним драйвером можуть використовуватися вхід дозволу виходу і інші логічні функції.
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі
Лінійні і імпульсні: драйвери потужних світлодіодів від Maxim
Світлодіоди - це низьковольтні напівпровідникові прилади. Для того щоб забезпечити тривалий термін служби світлодіода, необхідно стабілізувати протікає через нього струм, а не напруга. Справа в тому, що навіть незначна зміна прямого напруги на світлодіоді призведе до різкого стрибка струму, що протікає через нього (рис. 1). Як приклад узятий повноколірний RGBW-світлодіод з серії MC-E компанії Cree (буква «W» підкреслює, що світлодіоди цієї серії забезпечують ще й біле світіння). Крім того, падіння напруги на світлодіодах різних кольорів досить сильно відрізняються. Наприклад, на світлодіоді червоного кольору воно приблизно в 1,5 рази менше ніж на синьому, білому або зеленому. Цей фактор необхідно враховувати при послідовному включенні, так як при однаковій кількості послідовно включених світлодіодів різних кольорів сумарне падіння напруги може відрізнятися на 50%.
Рис. 1. Залежності прямих падінь напруги від струму для світлодіодів різних кольорів
Ще одна причина, що змушує живити світлодіоди саме стабілізованою струмом - це залежність світлового потоку від протікає через них струму. Цю залежність використовують при необхідності регулювання яскравості світлодіодного світильника або для отримання різних колірних відтінків світіння в повнокольорових RGBW. Однак в більшості випадків потрібно саме стабільне рівномірне світіння. На малюнку 2 приведені залежності світлового потоку для світлодіодів різних кольорів на прикладі серії MC-E компанії Cree. З малюнка 2 видно, що для зміни світлового потоку світлодіодів серії MC-E від 20 до 100 відсотків ток світлодіода повинен змінюватися від 100 до 350 мА. Діапазон зміни струму зазвичай регулюється за допомогою світлодіодних драйверів.
Рис. 2. Залежності світлового потоку від прямого струму через світлодіоди різних кольорів
Лінійні драйвери світлодіодів
Компанія Maxim випускає лінійні і імпульсні драйвери світлодіодів. Вихідний каскад лінійних драйверів є генератор струму на польовому транзисторі з p-каналом. Структура і типова схема включення лінійного драйвера показана на рис. 3.
Рис. 3. Типова схема включення і структура лінійного драйвера
Струм через послідовно включені світлодіоди задається резистором RSENSE (датчиком струму). Падіння напруги на цьому резисторі визначає вихідна напруга диференціального підсилювача DIFF AMP, яке надходить на неінвертуючий вхід регулюючого підсилювача IREG. Регулює ОУ порівнює напруга помилки з опорним, формуючи на своєму виході потенціал для управління польовим транзистором з p-каналом, що працюють в лінійному режимі, тому що розглядаються драйвери програють в ефективності імпульсним. Однак лінійні драйвери мають простоту застосування, низькою ціною і мінімальними електромагнітними випромінюваннями (ЕМВ).
У деяких випадках (наприклад, в автомобільних) ціна і простота застосування мають визначальне значення при виборі світлодіодного драйвера. Основні параметри лінійних драйверів світлодіодів наведені в таблиці 1.
Таблиця 1. Лінійні драйвери потужних світлодіодів (Linear HB LED drivers)
НайменуванняОбласті застосуванняUвх, ВIвих.макс., АШІМ-діммінг (PWM-Dimming)КорпусАвтомобільні додаткиЗагальна
застосуванняПідсвічування
дисплеяMAX16800
Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:30 16-TQFN MAX16803 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1: 200 16-TQFN MAX16804 / 05/06 Так Так 5,5 ... 40 0,35 1: 200 20-TQFN MAX16815 Так Так 6,5 ... 40 0,1 1: 100 6-TDFN MAX16823 Так Так 5,5 ... 40 0,1 / канал 1: 200 16-TQFN; 16-TSSOP MAX16824 Так Так Так 6,5 ... 28 0,15 / канал 1: 5000 16-TSSOP MAX16825 Так Так Так 6,5 ... 28 0,15 / канал 1: 5000 16-TSSOP MAX16828 Так Так 6,5 ... 40 0,2 1: 100 6-TDFN MAX16835 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:80 16-TQFN MAX16836 Так Так 6,5 ... 40 0,35 1:80 16-TQFN MAX16839 Так Так 5 ... 40 0,1 1: 200 6-TDFN; 8-SO
Більшість з них мають діапазон вхідних напруг 6,5 ... 40 В. Максимальні значення вихідних струмів складають 0,1 ... 0,35 А. Кожна мікросхема з таблиці 1 допускає імпульсне регулювання вихідного струму (ШІМ-діммінг). Управляти яскравістю світлодіодів можна за допомогою регулювання шпаруватості імпульсів, що формуються таймером ICM7555. Рекомендована для цього виробником схема приведена на рис. 4. Параметри зовнішніх компонентів для ШІМ-послідовності імпульсів, що формується таймером, наведені у відповідній документації для ICM7555.
Рис. 4. Управління яскравістю світлодіодів за допомогою таймера ICM7555
На рис.5 наведена рекомендована виробником схема для захисту потужних світлодіодів від перегріву за допомогою термістора NTC. Струм обмеження через світлодіоди розраховується за формулою: ILED = [VSENSE - [R2 / (R2 + R1)] V5] / R1, де V5- вихідна напруга 5В від вбудованого стабілізатора напруги. Така нескладна доопрацювання схеми дозволить виключити можливість виходу з ладу дорогих світлодіодів через неприпустимо високої температури корпусу, адже навіть невелике перевищення максимально допустимої температури різко скорочує їх термін служби.
Рис. 5. Захист світлодіодів від перегріву за допомогою термістора
На рис. 6 показаний спосіб збільшення вихідного струму драйвера за допомогою зовнішнього біполярного транзистора. Слід зазначити, що в цьому випадку світлодіоди підключаються між входом джерела живлення і колектором біполярного транзистора, а це не завжди зручно.
Рис. 6. Збільшення струму драйвера за допомогою зовнішнього біполярного транзистора
Схема для збільшення вихідного струму, показана на рис. 7, вільна від цього недоліку. Катод нижнього за схемою світлодіода підключається безпосередньо до загального проводу, що в більшості випадків набагато краще попереднього варіанту, показаного на рис. 6, коли на катоді нижнього світлодіода завжди присутній ненульовий потенціал. Більшість мікросхем лінійних драйверів з таблиці 1 допускають розглянуті варіанти збільшення вихідного струму. Як приклад на малюнках 6 і 7 приведена мікросхема MAX16803.
Рис. 7. Паралельне включення двох драйверів для збільшення вихідного струму
Імпульсні драйвери світлодіодів
Для портативних освітлювальних приладів дуже важливий високий ККД перетворення світлодіодних драйверів, тому в їх схемах використовуються імпульсні DC / DC-перетворювачі з різними топологиями і схемними рішеннями, що забезпечують стабілізацію вихідного струму. Високий ККД перетворення імпульсних драйверів світлодіодів дозволяє збільшити час роботи автономного джерела живлення.
Компанія Maxim випускає сімейство імпульсних драйверів для живлення світлодіодів постійним струмом, що мають можливість регулювання яскравості за допомогою аналогового або цифрового сигналу з ШІМ. Основні параметри і області застосування цих драйверів наведені в таблиці 2.
Таблиця 2. Імпульсні драйвери потужних світлодіодів (Switch-mode HB LED drivers)
Наіменова- няОбласті застосуванняТопологіяUвх, ВIвих.макс, АЧастотаШІМ-діммінг (PWM-Dimming)КорпусАвтомобільні додаткиЗагальна
застосуванняПідсвічування дисплеяMAX16801
Так Boost, flyback, SEPIC 10,8 ... 24 10,0 262 кГц 1: 3000 8-mMAX MAX16802 Так Boost, buck, flyback, SEPIC 10,8 ... 24 10,0 262 кГц 1: 3000 8- mMAX MAX16807 Так Boost, SEPIC + 8 linear * 8 ... 26,5 0,05 / канал від 20 кГц до 10 МГц 1: 5000 28-TSSOP-EP MAX16809 Так Boost, SEPIC + 16 linear 8 ... 26,5 0,05 / канал від 20 кГц до 10 МГц 1: 5000 38-TQFN MAX16814 Так Так Так Boost, SEPIC + 4 linear 4,75 ... 40 0,15 / канал від 200 Гц до 2 МГц 1: 5000 20-TQFN; 20-TSSOP MAX16819 Так Так Buck 4,5 ... 28 3,0 від 20 кГц до 2 МГц 1: 5000 6-TDFN MAX16820 Так Так Buck 4,5 ... 28 3,0 від 20 кГц до 2 МГц 1: 5000 6 TDFN MAX16821 Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 4,75 ... 5,5; 7 ... 28 30,0 від 125 кГц до 1,5 МГц 1: 5000 28-TQFN MAX16822 Так Так Buck 6,5 ... 65 0,35 від 20 кГц до 2 МГц 1: 1000 8-SO MAX16826 Так Так Так Boost, SEPIC + 4 linear 4,75 ... 24 3,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 2000 32-TQFN-EP MAX16832 Так Так Buck 6,5 ... 65
0,7 від 20 кГц до 2 МГц 1: 1000 8-SO-EP MAX16833 Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 5 ... 65 2,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 3000 16-TSSOP MAX16834 Так Так Так Boost, buck, buck-boost, SEPIC 4,5 ... 28 2,0 від 100 кГц до 1 МГц 1: 3000 20-TQFN-EP MAX16838 Так Так Так Boost, SEPIC + 2 linear 4,75 ... 40 0,15 / канал від 200 Гц до 2 МГц 1: 5000 20-TQFN; 20-TSSOP * linear - лінійний стабілізатор
Імпульсні драйвери мають широкі діапазони вхідної напруги. Наприклад, у мікросхеми MAX16833 вхідний діапазон напруг від 5 до 65 В, у MAX16822 - від 6,5 до 65 В. Розробникові пропонуються на вибір драйвери з дуже широким діапазоном частоти перетворення. Деякі мікросхеми дозволяють задавати частоту перетворення від 20 кГц до 2 МГц (ці параметри наведені в таблиці 2). Контролери світлодіодних драйверів MAX16801 і MAX16802 дозволяють розробити DC / DC-перетворювач з вихідним стабілізованою струмом до 10 А. Драйвери MAX16807, MAX16809, MAX16838 і MAX16814 дозволяють отримати діапазон регулювання вихідного струму з відношенням 1: 5000. Більшість імпульсних світлодіодних драйверів дозволяють вибрати найбільш оптимальну топологію схеми для досягнення максимальної ефективності роботи схеми перетворення. Наприклад, MAX16821, MAX16833 і MAX16834 дають можливості вибору топології перетворювача з чотирьох можливих варіантів: boost, buck, buck-boost або SEPIC. Для полегшення правильного вибору світлодіодного драйвера виробник наводить рекомендовані області застосування для кожного найменування. Мініатюрні корпусу і необхідні компактні зовнішні компоненти дозволяють створити схему з малими габаритами і широкими функціональними можливостями. У документації кожного драйвера наводяться рекомендовані схеми включення для конкретного додатка, що істотно полегшує проектування.
Кілька слів про способи регулювання яскравості світлодіодів за допомогою імпульсних драйверів. Найбільш популярні аналогова і ШІМ-регулювання. Обидва методи мають свої переваги і недоліки. Управління інтенсивністю світіння за допомогою ШІМ-регулювання дозволяє значно послабити відхилення колірного відтінку світлодіода, але вимагає додаткового формувача послідовності імпульсів ШІМ. Регулювання яскравості аналоговим методом заснована на більш простою схемою, але він може виявитися неприпустимим при необхідності підтримання постійної температури кольору світлодіодів.
Аналогова регулювання змінює величину постійного струму світлодіода. Управління силою світла світлодіоди зазвичай проводиться регулюванням змінного резистора або змінним рівнем напруги, що управляє, подається на спеціально призначений для цього вхід. Метод регулювання світлового потоку світлодіода за допомогою ШІМ полягає в періодичному включенні і виключенні струму через світлодіод на короткі проміжки часу. Частота ШІМ зазвичай вибирається не менше 200 Гц для повного виключення ефекту мерехтіння і створення комфортного сприйняття світлового потоку людиною. Інтенсивність світіння світлодіода при управлінні за допомогою ШІМ пропорційна робочого циклу імпульсної послідовності.
Багато сучасні мікросхеми імпульсних драйверів світлодіодів мають спеціальний вхід PWM DIM, на який можна подавати сигнали ШІМ різних частот і амплітуд, що істотно спрощує сполучення драйвера зі схемами зовнішньої логіки. Додатково для управління світлодіодним драйвером можуть використовуватися вхід дозволу виходу і інші логічні функції.
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі