DC / DC-перетворювачі компанії Monolithic Power Systems для живлення потужних білих світлодіодів

1. Потужні білі світлодіоди
2. Драйвери для світлодіодного освітлення
3. діммірованіе
4. Захист драйвера від перегріву, короткого замикання і обриву в ланцюзі світлодіодів
5. Драйвери Monolithic Power Systems для живлення світлодіодів
6. література

2011

У статті описані функціональні особливості драйверів потужних світлодіодів, наведені схеми і характеристики DC / DC-перетворювачів, що випускаються компанією Monolithic Power System (MPS) і призначених для використання в якості світлодіодних драйверів.

Потужні білі світлодіоди

Потужні білі світлодіоди покликані замінити лампи розжарювання з низьким коефіцієнтом корисної дії (ККД), а також лампи денного світла, яким після вироблення ресурсу потрібна особлива утилізація, оскільки вони містять шкідливі для здоров'я і навколишнього середовища матеріали. У порівнянні з лампами розжарювання світлодіод має високий ККД, більш тривалий термін служби і не вимагає спеціальної утилізації.

При застосуванні світлодіодів в якості джерела світла необхідно враховувати, що, на відміну від ламп розжарювання, світлодіод управляється струмом. Пов'язано це з тим, що падіння напруги на світлодіоді в прямому напрямку - характеристика непостійна, і розкид її значень для світлодіодів одного типу може становити до ± 10% від середнього значення. Крім того, падіння напруги на світлодіоді буде змінюватися в залежності від умов експлуатації (температури навколишнього середовища, температури кристала світло-діода і струму, що протікає через світлодіод), а також від часу роботи (внаслідок деградації кристала). Значення падіння напруги в прямому напрямку також буде різним для світлодіодів різного виконання (табл. 1) [1, 2]. Виходячи їх цих міркувань, в електричних характеристиках прийнято вказувати робочий струм світлодіода, а характеристики світлового потоку і падіння напруги на све-тодіоде даються при робочому струмі.

Таблиця 1. Короткі характеристики потужних білих світлодіодів

Примітка: *

- індекс передачі кольору CRI = 90. Виробник Cree Sharp Philips Lumileds Серія XP-G MPL-EZW Zenigata 3,6 Вт Zenigata 6,7 Вт LUXEON Rebel ES Робочий струм (Iн), мА 350 150 360 640 350 Падіння напруги ( I = Iн), В 3,0 25,0 10,2 10,5 3,2 Світловий потік (I = Iн, CRI = 80), лм 107 800 190 * 350 * 95 потужність, Вт 1,1 11, 3 3,6 6,7 1,1

Ще одна важлива відмінність світлодіодів від ламп розжарювання полягає в тому, що світіння світлодіода - це не інертний процес, тому що протікає через світлодіод струм повинен бути постійним, без пульсацій: в іншому випадку це викличе непостійне світіння світлодіода, що може привести до втоми очей .

Драйвери для світлодіодного освітлення

Найпростішим способом підтримки постійного струму на світлодіоді може служити обмежує резистор, однак такий варіант включення має істотний недолік: ККД буде тим нижче, чим більше падіння напруги (розсіює потужність) на резисторі. А в разі потужного світлодіода потрібно ще враховувати і значне нагрівання обмежує резистора.

Щоб живити світлодіод найбільш ефективно (з найменшими втратами) і тим самим підвищити ККД, застосовують спеціальні DC / DC-або AC / DC-перетворювачі - світлодіодні драйвери. Одне із завдань таких драйверів - підтримка постійного струму на світлодіоді (типове значення для потужних світлодіодів - 350 мА) шляхом динамічного зміни напруги. Контроль струму на світлодіоді, як правило, здійснюється шляхом вимірювання напруги на резисторі з незначним опором, підключеним послідовно зі світлодіодом. При цьому ККД такого драйвера може досягати 98%. Крім того, драйвери можуть мати додаткові функції, і до їх роботі можуть пред'являтися додаткових ні вимоги, наприклад діммірованіе і функції захисту від перегріву, обриву в ланцюзі світло-діодів і короткого замикання.

діммірованіе

Функція діммірованія дає можливість плавно змінювати значення струму, що протікає через світлодіод. Це, в свою чергу, змінює світловий потік, що випромінюється світлодіодом. Стосовно до вуличних світлодіодним світильників діммірованіе дозволяє реалізувати ряд енергозберігаючих функцій, наприклад регулювання рівня світіння в залежності від природної освітленості або від часу доби. Зазвичай використовують аналогове або ШІМ-діммірованіе (широтно-імпульсна модуляція). При аналоговому діммірованіе ток на світлодіоді змінюється пропорційно зміні керуючої напруги (рис. 1). ШІМ-діммірованіе полягає в подачі на світлодіод не постійною, а імпульсно-модульованого струму з частотою модуляції до декількох тисяч герц, причому ширина імпульсів і пауз між ними варіюється в залежності від необхідної яскравості світіння світлодіода. При цьому досягається візуальна зміна яскравості світлодіода.

Захист драйвера від перегріву, короткого замикання і обриву в ланцюзі світлодіодів

У разі виходу світлодіода з ладу може виникнути коротке замикання в ланцюзі навантаження DC / DC-перетворювача, що призведе до різкого зростання струму, що протікає в ланцюзі навантаження драйвера, і його перевантаження. При обриві ланцюга захист покликана запобігти неконтрольоване зростання напруги на виході драйвера, щоб не допустити вихід його з ладу. Захист від перегріву передбачає відключення навантаження і драйвера, якщо температура всередині корпусу перевищить деякий заданий значення.

Драйвери Monolithic Power Systems для живлення світлодіодів

Компанія Monolithic Power Systems (MPS) - один з лідерів в розробці і виробництві високоефективних компонентів аналогової і силової електроніки на базі технологій BiMOS і DMOS, що дозволяють інтегрувати на одному кристалі цифрові схеми управління, прецизійні аналогові компоненти і силові транзистори, досягаючи тим самим високої щільності розміщення компонентів на кристалі інтегральної схеми. Компанія дотримується наступності поколінь ІМС, це дозволяє робити заміну попередніх серій на нові, сумісні pin-to-pin. Це дає можливість виробникові серійної продукції вирішувати проблеми життєвого циклу виробів.

В асортименті MPS - DC / DC-перетворювачі різного призначення, лінійні стабілізатори, спеціалізовані драйвери заряду NiCd і Li-Ion акумуляторів, супервізори харчування, драйвери підсвічування моніторів, підсилювачі потужності звукової частоти D-класу і ін. Підвищена увага компанія приділяє DC / DC- перетворювачів, призначеним для використання в якості спеціалізованих світлодіодних драйверів. Перетворювачі мають інтегрований потужний ключ, який працює на високій частоті, характеризуються високим ККД і низьке тепловиділення, вимагають незначна кількість зовнішніх компонентів. У таблиці 2 представлені основні електричні характеристики новітніх DC / DC-перетворювачів компанії MPS для живлення потужних світлодіодів [3].

Таблиця 2. Основні характеристики DC / DC-перетворювачів MPS для живлення потужних світлодіодів

Перетворювач Вхідна напруга, В Максимальний вихідний струм, А Частота перетворення, МГц Тип перетворювача Діммірованіе Корпус MP4688 4,5-80 1,5 2,0 Знижуючий ШІМ SOIC8E MP2481 4,5-36 1,2 1,4 Знижуючий / підвищує Аналог / ШІМ MSOP8 MP2483 4,5-50 2,5 0,25-1,3 Знижуючий / підвищує Аналог / ШІМ QFN10 MP3412 0,8-5 1,1 1,2 підвищуючий TSOT23-6 MP2488 4,5-55 2,0 0,2 Знижуючий QFN10 і SOIC8E MP2489 6-60 1,0 0,2-0,6 Знижуючий ШІМ TSOT23-5 і QFN8

Для застосування в вуличних світлодіодних світильниках призначений понижуючий DC / DC-перетворювач MP4688. Широкий діапазон вхідної напруги 4,5-80 В, а також максимальний вихідний струм 2 А дозволяють живити від одного драйвера світлодіодний світильник великої потужності. Необхідне значення струму на світлодіодах встановлюється за допомогою резистора RFB (рис. 2). Спосіб стабілізації постійного струму в світлодіодним ланцюга гистерезисом дозволяє дуже точно підтримувати струм, а також застосовувати ШІМ-діммірованіе з частотою до 20 кГц. Висока частота перетворення 2 МГц мінімізує розміри зовнішніх компонентів.

Типове застосування драйвера MP2489 - заміна галогенних ламп на світлодіодні світильники. Невеликий корпус типу TSOT23-5 або QFN8 і чотири зовнішніх компонента (рис. 3) дозволяють помістити всю схему драйвера в стандартний для галогенних ламп корпус з цоколем MR16. Максимальна потужність підключаються світлодіодів може досягати 30 Вт. Високий вихідний струм забезпечує можливість використовувати два паралельно з'єднаних світлодіода з робочим струмом 350 мА. Драйвер забезпечує захист від короткого замикання і обриву в ланцюзі світлодіодів.

Драйвер MP2481 призначений для харчування надяскравих білих світлодіодів з можливістю аналогового і ШІМ-регулювання яскравості світіння. Інтегрований на кристал високовольтний MOSFET забезпечує в навантаженні струм до 1,2 А при напрузі до 36 В.

Регульована висока робоча частота дозволяє використовувати малогабаритні зовнішні компоненти і зменшити електромагнітні перешкоди (EMI). При підключенні за схемою прямоходового перетворення (рис. 4) максимальна вихідна напруга завжди буде менше вхідного: в цьому випадку драйвер буде працювати в режимі понижуючого перетворення. При підключенні за схемою инвертирующего / обратноходового перетворення (рис. 5) вихідна напруга може бути як менше, так і більше напруги на вході: при такій схемі включення потрібно враховувати більш високі струми на внутрішньому MOSFET-ключі і вплив на ключ суми напруг на вході і виході перетворювача. Напруга, що надходить на висновок 3 (OVP) з дільника R1, R2, забезпечує захист драйвера в разі обриву в ланцюзі світлодіода, а вбудована схема захищає від перевантаження по струму в кожному циклі перетворення.

Більш потужний аналог MP2483 має схожу схему включення, але забезпечує максимальний струм вбудованого MOSFET-ключа до 2,5 А і підвищений робоча напруга 50 В.

Спеціальний синхронний підвищує DC / DC-перетворювач MP3412 призначений для використання в світлодіодних ліхтариках, для підсвічування мобільних телефонів, цифрових камер і інших портативних пристроїв. Перетворювач працює при вхідній напрузі 0,8-4,4 В, це дозволяє живити його від однієї пальчикової батарейки типу АА. Висока частота перемикання (1 МГц) робить можливим застосування індуктивності і керамічних конденсаторів з невеликими габаритами, що разом з невеликою кількістю зовнішніх компонентів (рис. 6) чудово підходить для мобільних пристроїв. Відмінною особливістю мікросхеми є відключення ланцюга навантаження в «сплячому» режимі, при цьому струм споживання перетворювача знижується до 1 мкА.

Для живлення світлодіодів повинні використовуватися спеціалізовані DC / DC-перетворювачі - світлодіодні драйвери. Новітні розробки компанії Monolithic Power Systems володіють високим ККД, забезпечують на виході високі струм і напруга, мають малі габарити. Спеціалізовані високоефективні DC / DC-перетворювачі, що випускаються компанією MPS, мають широку сферу застосування - від ліхтариків до вуличних світильників.

література

Інші статті на цю тему:

повідомити про помилку