Безкоштовна технічна бібліотека ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Мікросхеми драйверів надяскравих світлодіодів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Освітлення Засвітити світлодіод нескладно, для цього достатньо підключити його в прямому включенні через резистор, що обмежує, до джерела живлення. Але цей спосіб вкрай неекономічний, тому що на резисторі, що обмежує, створюється велике падіння напруги, а значить, і великі втрати. Крім того, струм через світлодіод та яскравість його свічення при такому включенні будуть вкрай нестабільні. Для підвищення ККД та стабільності світіння світлодіодів використовуються драйвери на спеціалізованих мікросхемах. Про деяких із них йтиметься у цій статті. Автор розглядає низку мікросхем-драйверів фірми Monolithic Power Systems (MPS). Класифікація мікросхем драйверів на основі DC/DC-перетворювачів Мікросхеми драйверів для живлення надяскравих світлодіодів можна знайти у пристроях різної складності від світлодіодних ліхтариків до мобільних телефонів, цифрових фотоапаратів, комп'ютерів тощо. Одне з найпоширеніших застосування світлодіодів - це схеми світлодіодного підсвічування ЖК дисплеїв. Драйвери для пристроїв з автономним живленням мають зазвичай високий ККД (понад 90%). Вони являють собою регульовані імпульсні підвищують або підвищують-знижуючі DC/DC-перетворювачі. Можна зустріти так звані ємнісні драйвери зі схемою вольтодобавки та індуктивні драйвери. Вони зазвичай застосовується стабілізація вихідного струму (тобто струму світлодіодів), що забезпечує стабільну яскравість світіння світлодіодів. Рідше для цього використовується стабілізація напруги на світлодіодах. Ємнісні перетворювачі зі схемою вольтодобавки називають також перетворювачами з підкачуванням заряду. Це буквальний переклад англійського терміна Charge Pump, яким позначають ці схеми іноземної технічної літератури та документації. Вони можуть працювати як підвищуюче-знижуючі перетворювачі. Безперечними перевагами драйверів Charge Pump є їхня простота і низька собівартість. Як підвищувально-знижувальні DC/DC-перетворювачі в драйверах також застосовують індуктивні перетворювачі SEPIC-архітектури (Single-ended primary-inductor converter - одновисновний первинний перетворювач на індуктивності), перевагами яких є дещо більші вихідний струм і ККД, ніж у перетворювачів з вольтодобавки. Перетворювачі, що підвищують, також знайшли основне застосування в пристроях з низьковольтним живленням. Вони мають високий ККД і великий вихідний струм за інших середніх показників. Особливості драйверів на DC/DC-перетворювачах, наведених у [1], зведені до таблиці 1. Таблиця 1. Особливості драйверів на основі DC/DC-перетворювачів
Знижувальні перетворювачі в побутовій техніці застосовуються як драйвери світлодіодів досить рідко. Тому розглянемо особливості схемотехніки драйверів трьох типів на мікросхемах фірми Monolithic Power Systems докладніше. Драйвери для живлення надяскравих світлодіодів із схемою вольтодобавки (Charge Pump) від MPS Мікросхема MP1519 є драйвером для живлення чотирьох білих світлодіодів зі схемою вольтодобавки (Charge Pump) з живленням від джерела 2,5...5,5 В (див. рис. 1).
Мікросхема виготовляється у мініатюрному 16-вивідному корпусі QFN16 розміром 3x3 мм. Призначення висновків цієї мікросхеми наведено у таблиці 2. Таблиця 2. Призначення висновків мікросхем MP1519
ІМС MP1519 містить датчик напруги батареї, контролер управління, генератор струму, джерело опорної напруги (ІОН) забороненої зони, чотири джерела струму (стабілізатора) світлодіодів та схему вольтодобавки. Послідовно з кожним світлодіодом усередині мікросхеми включений стабілізатор струму (Current Source – джерело струму), причому генератор струму керує режимом усіх чотирьох джерел струму. Контролер управління забезпечує автоматичний вибір режиму вольтодобавки, "м'який" старт тощо. Схема вольтодобавки перетворює напругу живлення імпульси частотою 1,3 МГц, які випрямляються і заряджають накопичувальні конденсатори С1 і С2. При використанні схеми вольтодобавки для живлення світлодіодів напруга батареї сумується з напругою на цих конденсаторах. Для правильної роботи схеми вольтодобавки конденсатори С1 та С2 повинні мати однакову ємність. Однією з особливостей мікросхеми MP1519 є автоматичне перемикання кратності вольтодобавки: 1x, 1,5x та 2x. Це забезпечує оптимально-ефективну стабілізацію струмів, а значить і яскравості світлодіодів при зміні напруги живлення (наприклад, при старінні або заміні батареї). Для цього при роботі мікросхема безперервно контролює струм світлодіодів та напругу батареї. Щоб запобігти перевантаженню батареї, в мікросхемі MP1519 використовується "м'який" запуск та "м'яке" перемикання режимів вольтодобавки. Струм світлодіодів задається резистором R1, опір якого можна розрахувати за формулою: R1(кому) = 31,25/ILED(мА) За наявності напруги живлення 2,5...5,5 на вив. 5 і 13 ІМС включення драйвера забезпечується подачею високого рівня напруги на вхід роздільної здатності EN (вив. 12) цієї мікросхеми. При включенні контролер мікросхеми MP1519 аналізує величину напруги живлення, струм світлодіодів та включає той чи інший режим кратності вольтодобавки. Драйвер вимикається (гасіння світлодіодів) низьким рівнем на вив. 12 із затримкою 30 мкс. По входу EN може здійснюватися як аналоговий, так і ШІМ димінг світлодіодів. Саме для ШІМ диммінгу необхідна затримка вимикання мікросхеми. Для цього на вхід роздільної здатності EN подається зовнішній керуючий ШІМ сигнал частотою 50 Гц ... 50 кГц. Коли імпульс керуючого сигналу закінчується, струм світлодіодів та їхня яскравість плавно зменшуються до нуля протягом 30 мкс. Чим більша шпаруватість імпульсів керування, тим менша середня яскравість свічення світлодіодів. При частоті сигналу керування понад 50 кГц яскравість регулюється неефективно, а за частоти нижче 50 Гц стає помітним моргання світлодіодів. Для аналогового диммінгу на вив. 11 MP1519 подається постійна напруга регулювання через дільник напруги R2 R1 (див. мал. 2). Зміною цієї напруги від 0 до 3 на вході дільника R2 R1 можна змінювати струм світлодіодів від 0 до 15 мА.
Компанія MPS випускає ще дві мікросхеми близьких за схемотехнікою та цоколівкою до MP1519 - це MP1519L та MP3011. Мікросхема MP1519L розрахована на роботу з трьома білими світлодіодами і відрізняється від MP1519 тим, що MP1519L вив. 1 не використовується. Вона виготовляється у корпусах QFN16 (3x3 мм) та TQFN16 (3x3 мм). Мікросхема MP3011 розрахована на роботу лише з двома білими світлодіодами. Ця мікросхема також не використовує вив. 14. Ця мікросхема випускається у корпусі QFN16 (3x3 мм). Драйвери для живлення надяскравих світлодіодів на основі підвищуючих (Boost, Step-Up) DC/DC-перетворювачів від MPS Детальний опис мікросхеми MP2481 можна знайти в [2], тому розглянемо такі мікросхеми: MP3204, MP3205, MP1518, MP1523, MP1528, MP1521, MP1529 та MP1517. Мікросхема MP3204 являє собою класичний підвищуючий DC/DC-перетворювач, який при вхідній напрузі 2,5...6 дозволяє отримати на послідовно з'єднаних світлодіодах постійну напругу до 21 В. Максимально до MP3204 можна підключити до п'яти світлодіодів, але для оптимального управління виробник рекомендує підключати до виходу мікросхеми три білі світлодіоди (див. рис. 3).
Мікросхема містить генератор 1,3 МГц, ШІМ, підсилювач сигналу зворотного зв'язку, підсилювач сигналу від датчика струму та вихідний ключ на польовому транзисторі. Вона виготовляється у мініатюрному корпусі TSOT23-6. Призначення висновків цієї мікросхеми наведено у таблиці 3. Таблиця 3. Призначення висновків мікросхем MP3204
Драйвер на MP3204 (рис. 3) працює в такий спосіб. Мікросхема включається подачею високого рівня на вхід роздільної здатності EN (вив. 4). Коли вихідний ключ (вив. 1 і 2) замкнутий, через дросель L1 йде наростаючий струм від джерела живлення і в осерді дроселя створюється магнітне поле. Коли вихідний ключ розмикається, у дроселі виникає ЕРС самоіндукції ("+" праворуч на рис. 4 і "-" зліва), що складається з напругою живлення схеми. Цією сумарною напругою через діод D1 заряджається накопичувальний конденсатор С2. Напруга із цього конденсатора використовується для живлення послідовно з'єднаних світлодіодів. Як конденсатор вхідного фільтра С1 та накопичувального конденсатора на виході С2 зазвичай використовуються керамічні конденсатори. Місткість накопичувального конденсатора С2 0,22 мкФ достатня для більшості застосувань, але її допустимо збільшити до 1 мкФ. Дросель L1 повинен мати невеликий опір постійному струму. У позиції D1 встановлюється діод Шоттки із прямим струмом 100...200 мА. Резистор R1, послідовно включений зі світлодіодами, використовується як датчик струму світлодіодів. Для стабілізації струму світлодіодів напруга R1, пропорційне цьому струму, надходить на вхід зворотного зв'язку FB мікросхеми. Опіром резистора R1 визначається струм світлодіодів. Залежність струму світлодіодів від опору резистора R1 наведено у таблиці 4. Таблиця 4. Залежність струму світлодіодів від R1
Для захисту джерела живлення від перевантаження при включенні мікросхеми має вбудовану схему "м'якого" запуску (soft start). У мікросхемі передбачені аналоговий та ШІМ димінг, причому, існують три різні способи регулювання яскравості. Для аналогового регулювання використовується ланцюг, показаний на рис. 4.
При зміні регулюючої напруги від 2 до 0 В струм світлодіодів змінюється від 0 до 20 мА. Крім аналогового диммінгу можуть використовуватися два способи ШІМ диммінгу. Суть першого способу полягає в тому, що сигнал ШІМ із частотою до 1 кГц подається безпосередньо на вхід EN (вив. 4). Струм і яскравість світіння світлодіодів обернено пропорційні шпаруватості керуючих ШИМ імпульсів, тобто прямо пропорційні тривалості цих імпульсів. При другому способі сигнал ШІМ частотою більше 1 кГц подають на вхід зворотного зв'язку FB (вив. 3) через фільтр, що розв'язує (див. рис. 5).
Мікросхема має захист від перевантаження при зменшенні вхідної напруги (Under Voltage Lockout) з порогом спрацьовування 2,25 і гістерезисом 92 мВ і захист від перевантаження по перевищенню вихідної напруги, наприклад при обриві одного з світлодіодів. Для цього вихідна напруга перетворювача подається на вхід схеми захисту OV (Вив. 5). Цей захист спрацьовує при значенні вихідної напруги 28 і вимикає перетворювач. Для повторної спроби його увімкнення необхідно вимкнути, а потім знову включити живлення схеми. У мікросхемі MP3205, на відміну від MP3204, відсутня захист вихідної напруги і вхід OV Мікросхема MP3205 виготовляється в 5-вивідному корпусі TSOT23-5. Вив. 5 корпусу TSOT23-5 цієї мікросхеми за розташуванням та за призначенням відповідає вив. 6 мікросхеми MP3204 у корпусі TSOT23-6. Дуже близькі за параметрами та схемотехнікою до мікросхем MP3204 та MP3205 мікросхеми MP1518 та MP1523, які розраховані на керування до 6-ти світлодіодами. MP1518 виготовляється у корпусах TSOT23-6 та QFN-8. Мікросхема MP1518 у корпусі TSOT23-6 за висновками повністю збігається з MP3204. Мікросхема MP1523 виготовляється тільки в корпусі TSOT23-6 і має низку відмінностей від MP1518. Цоколівка мікросхеми MP1523 практично збігається з MP3205, але відрізняється від неї тим, що вив. 5 (BIAS) MP1523 може підключатися або до плюс джерела живлення (2,7 ... 25 В) - майже як вив. 5 (IN) мікросхеми MP3205 або до виходу схеми (до катода D1). В останньому випадку в мікросхемі MP1523 буде працювати схема захисту від перевантаження по перевищенню вихідної напруги з порогом спрацьовування 28 В. Резистор-датчик струму, послідовно включений зі світлодіодами, для цієї мікросхеми повинен мати опір 20 Ом. Мікросхема MP1523 не має схеми регулювання яскравості світлодіодів. Ще один підвищуючий драйвер для живлення 9-ти світлодіодів виконується на мікросхемі MP1528 (корпус QFN6 розміром 3x3 мм або MSOP8, в ньому мікросхема маркується як MP1528DK). Призначення висновків MP1528 наведено у таблиці 5. Таблиця 5. Призначення висновків мікросхеми
Типова схема включення мікросхеми MP1528 трохи відрізняється від інших розглянутих вище драйверів (див. рис. 6).
Для забезпечення максимальної яскравості світіння світлодіодів на вхід BRT треба подати напругу більше 1,2 В. Струм світлодіодів при максимальній яскравості визначається резистором R1, опір якого можна розрахувати за формулою: R1(кому) = UВАТ/(3·ILED(мА)) Аналоговий димінг здійснюється зміною постійної напруги на виводі BRT від 0,27 до 1,2 Ст. Для забезпечення ШІМ диммінгу на вхід BRT подається ШІМ сигнал частотою від 100 до 400 Гц, низький рівень якого не повинен перевищувати 0,18, а високий повинен бути не менше 1,2 В. Мікросхема має захист від перевищення вихідної напруги з порогом спрацьовування 40 В, а також захист від зниження вхідної напруги (поріг спрацьовування 2,1...2,65 В) і температурний захист з порогом 160°С. Один з найпотужніших драйверів на DC-DC перетворювачах від фірми MPS - це мікросхема MP1529 (потужніше з аналізованих ІМС тільки MP1517). Мікросхема MP1529 має бути особливо цікава читачам, оскільки вона застосовується у цифрових фотоапаратах, відеокамерах та мобільних телефонах із вбудованою цифровою фотокамерою. Вона може керувати трьома ланцюгами (лініями) послідовно включених білих надяскравих світлодіодів. Дві з цих ліній (LED1 і LED2) із шести світлодіодів кожна, використовуються для заднього підсвічування рідкокристалічних (ЖК) індикаторів, а третя (LED3) із чотирьох світлодіодів - для фотоспалаху та для освітлення об'єктів у темний час (режим Preview). Напруга живлення мікросхеми MP1529 становить 2,7...5,5 В, а вихідна напруга - 25 В. Вона має захист від перевищення вихідної напруги з порогом спрацьовування 28 В, а також захист від зниження вхідної напруги з порогом спрацьовування 2... 2,6 В та гістерезисом 210 мВ. MP1529 має також температурний захист (160°С) та виготовляється у корпусі QFN16 розміром 4x4 мм. Призначення висновків MP1529 наведено таблиці 6, а типова схема включення - на рис. 7. Таблиця 6. Призначення висновків мікросхем MP1529
Входи роздільної здатності EN1 та EN2 використовуються для включення різних режимів. Якщо на обох входах низький логічний рівень L (0,3), то всі 16 світлодіодів будуть погашені. Якщо на вході EN2 зберегти низький рівень, а на EN1 встановити високий рівень H (1,4 В), то світлодіоди спалаху (LED3) залишаться вимкненими, а 12 світлодіодів підсвічування (ланцюжки LED1 та LED2) світитимуться максимально яскраво. Максимальна яскравість та струм світлодіодів підсвічування задаються опором резистора RS1 (підключений до вив. 9). Якщо при цьому на вхід EN1 подати керуючий ШИМ сигнал частотою 1...50 кГц, то залежно від шпаруватості цього сигналу буде змінюватися яскравість світлодіодів підсвічування. Якщо на вході дозволу EN2 встановити низький логічний рівень, додатково увімкнеться ланцюг із чотирьох світлодіодів (LED3) у режимі освітлення (preview). При цьому струм LED3 буде визначатися опором резистора RS2 (вив. 10). Якщо на вхід EN1 подати низький рівень, а на EN2 високий, то світлодіоди підсвічування LED1 і LED2 погаснуть, а світлодіоди LED3 засвітяться максимально яскраво (режим спалаху). У цьому режимі струм світлодіодів LED3 визначається опором резистора RS3 (вив. 11). Опір резисторів RS1, RS2 та RS3 (у ком) розраховується за формулами: RS1 = (950 · UУСТАНОВКА)/ІLED_BL RS1 = (1100 · UУСТАНОВКА)/ІLED_PV RS1 = (1000 · UУСТАНОВКА)/ІLED_FL де UУСТАНОВКА - внутрішня опорна напруга 1,216, ILED_BL - Струм (в мА) одного з ланцюгів світлодіодів заднього підсвічування LED1 або LED2, ILED_PV - Струм (в мА) світлодіодів LED3 в режимі освітлення, ILED_FL- Струм (в мА) світлодіодів LED3 в режимі спалаху. Інформація про режими роботи мікросхеми MP1529 залежно від логічних рівнів на входах роздільної здатності EN1 та EN2 зведена до таблиці 7. Таблиця 7. Режими роботи мікросхеми MP1529 залежно від сигналів на входах EN1 та EN2
* L – низький рівень, H – високий рівень Конденсатори С1 та С2 - це накопичувальні конденсатори фільтрів на вході та виході схеми відповідно, С3 - накопичувальний конденсатор фільтра керуючої напруги на вході каскаду ШІМ (цей ШІМ забезпечує стабілізацію вихідної напруги), С4 - конденсатор схеми "м'якого" запуску (ШІМ таймера). Мікросхема MP1521 при напрузі живлення 2,7 В дозволяє підключати до неї до 9-ти, а при напрузі живлення 5 В - до 15-ти надяскравих світлодіодів. Максимальна напруга живлення ІМС дорівнює 25 В. MP1521 випускається в корпусах MSOP10 (MP1521EK) та QFN16 (MP1521EQ). Призначення висновків цієї мікросхеми наведено в таблиці 8, а схема включення для живлення 9 світлодіодів - на рис. 8. Таблиця 8. Призначення висновків мікросхеми MP1521 у корпусах MSOP10, QFN16 (3x3 мм)
Резистори R1, R2 та R3 (рис. 8) – датчики струму світлодіодів. При аналоговому диммінгу на вхід EN подають напругу в межах 0,3...1,2, а при ШІМ диммінгу - сигнал ШІМ частотою 100...400 Гц з низьким рівнем не більше 0,18 В і високим не більше 1,2, XNUMX Ст. Підвищуючий перетворювач та перетворювач типу SEPIC на мікросхемі MP1517 Мікросхему MP1517 виробник рекомендує використовувати не тільки як підвищуючий DC/DC-перетворювач, але і як перетворювач типу SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter - первинний одновивідний перетворювач на індуктивності). Напруга живлення цієї мікросхеми лежить у межах 2,6...25 Ст. Вона виготовляється в корпусі QFN16 розміром 4x4 мм. Призначення висновків мікросхеми MP1517 наведено таблиці 9, а типова схема включення - на рис. 9. Таблиця 9. Призначення висновків мікросхем MP1517
Ця схема відрізняється від попередніх (див. рис. 6 або 8) тільки тим, що для стабілізації струму світлодіодів використовується датчик струму одного послідовного ланцюга світлодіодів із трьох. Тому зупинимося докладніше лише з описі схеми DC/DC-перетворювача типу SEPIC на MP1517 (див. рис. 10).
Особливістю перетворювача SEPIC є те, що напруга на його виході може бути як більшою, так і меншою за вхідний, що забезпечується наявністю роздільного конденсатора С8 (див. [3, 4]). Схема на рис. 10 виробляє напругу 3,3 на виході при зміні вхідної напруги від 3 до 4,2 В. Будь-який перетворювач типу SEPIC збирається на основі імпульсного підвищує перетворювача, що легко помітити і на наведеній схемі. Крім того, цей перетворювач, що підвищує (на L1, D2) використовується для живлення самої мікросхеми. Розглянемо, як працює перетворювач SEPIC на MP1517 у стійкому режимі. В результаті попередньої роботи на момент відмикання внутрішнього ключа МС на польовому транзисторі конденсатор С8 буде заряджений ("+" - зліва на рис. 10, "-" - праворуч). При відкритті цього ключа С8 буде розряджатися через дросель L2, в якому накопичуватиметься енергія магнітного поля, що змінюється. Крім того, магнітну енергію накопичуватиме і дросель L1, яким протікатиме наростаючий струм від джерела живлення через цей же внутрішній ключ мікросхеми. При замиканні ключа в дроселі L1 виникає ЕРС ("+" - праворуч, "-" - ліворуч), яка складається з напругою джерела живлення і заряджає С8 ("+" - ліворуч, "-" - праворуч) через D1 та конденсатор С2. Крім цього, L2 виникає ЕРС ("+" - вгорі, "-" - внизу), що заряджає С2 через D1. При наступному відмиканні внутрішнього ключа мікросхеми процес повториться. Величина напруги на виході перетворювача (С2) залежить в першу чергу від шпаруватості імпульсів управління ключом і від струму навантаження. R1 R2 - дільник напруги зворотного зв'язку, який забезпечує стабілізацію вихідної напруги, С6 - конденсатор фільтра напруги помилки. С5 - резистор, що розв'язує, а С4 - конденсатор схеми "м'якого" запуску. література
Автор: І. Безверхній Дивіться інші статті розділу Освітлення. Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті. Останні новини науки та техніки, новинки електроніки: Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами
05.05.2024 Приміальна клавіатура Seneca
05.05.2024 Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія
04.05.2024
Інші цікаві новини: ▪ Магнітне поле незвичайним чином впливає на графен ▪ Модель для прогнозування розпаду вітамінів у космосі ▪ Собача лапа перевірить надійність автомобіля ▪ Відео на електронних книгах з кольоровим чорнилом Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки
Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки: ▪ розділ сайту Інструменти та механізми для сільського господарства. Добірка статей ▪ стаття Унтер-офіцерська вдова. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке баньян? Детальна відповідь ▪ стаття Менеджер зі складських операцій та роботи з клієнтами. Посадова інструкція ▪ стаття Невже все – детектор? Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Транзистори польові. Пари та складання. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Залишіть свій коментар до цієї статті: All languages of this page Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт www.diagram.com.ua |