Sélection d'un pilote LED pour l'éclairage haute puissance

Ce panneau LED de haute puissance nécessite un circuit de commande LED pour fournir une sortie de puissance stable.

Je me souviens toujours avoir joué avec des LED et les avoir alimentées avec une alimentation de breadboard ou une batterie. Avec de petites LED alimentées à basse tension/courant, vous pouvez les alimenter avec n'importe quelle source de puissance. Pour les LED de haute puissance, y compris les LED blanches, votre système d'éclairage doit avoir une régulation plus sophistiquée pour assurer un courant stable et une tension réduite à travers chaque LED du système.

Bien que vous pourriez manuellement construire un régulateur avec des retours de plusieurs composants, il est beaucoup plus facile d'utiliser un pilote LED pour contrôler votre système. Ces composants sont spécifiquement conçus pour fournir de l'énergie en courant continu aux LED avec une haute efficacité. Voici quelques conseils pour sélectionner des pilotes LED pour votre prochain système d'éclairage de haute puissance et quelques exemples de composants que vous trouverez sur le marché.

Pourquoi utiliser un pilote LED ?

Pensez à un pilote LED comme à un régulateur de puissance intégré spécifiquement conçu pour fournir une tension constante (courant) avec un courant ajustable (tension). Pour les systèmes d'éclairage de haute puissance, vous pouvez intégrer un pilote LED pour contrôler la sortie de puissance des LED dans le cadre de votre stratégie de régulation. Les étages régulateurs en amont convertissent une haute tension d'entrée (typiquement du courant alternatif du réseau ou une haute tension en courant continu) en un niveau de courant continu plus bas.

En ajustant la sortie de puissance du pilote LED, vous pouvez ajuster la luminosité de vos LED. Les pilotes LED de haute puissance sont généralement disponibles en tant que composants montés en surface avec un pad exposé pour la dissipation de la chaleur dans votre substrat. Pour le contrôle de la gradation, certains pilotes LED sont programmables en interne avec un port E/S, tandis que d'autres utilisent la gradation PWM sur un pilote MOSFET pour contrôler la sortie de puissance (similaire à un régulateur à découpage).

Gradation PWM

Une méthode populaire pour ajuster la luminosité dans une chaîne de LED est d'utiliser un signal PWM. Le diagramme ci-dessous montre comment utiliser un MCU pour la gradation PWM. Dans cet exemple, la résistance de 50 kOhm sur le MOSFET de sortie crée une boucle de rétroaction pour fournir une sortie haute tension/courant pour les LED en aval. Notez que, dans cet arrangement, nous regardons des LED blanches en parallèle, bien que l'implémentation en série soit courante. L'utilisation d'un MCU permet à l'utilisateur de contrôler la sortie de puissance en ajustant le cycle de travail PWM. Cela peut être fait en fonction d'une lecture de capteur (par exemple, un capteur de température) ou en utilisant une entrée de l'utilisateur.

Exemple de pilotage de chaînes de LED parallèles avec un signal PWM d'un MCU.

Dans cet exemple, le pilote LED agit comme un régulateur de courant parallèle, tandis que le signal PWM et le MOSFET pilotent les LED en marche et en arrêt près de la tension directe à la fréquence de commutation. La puissance moyenne est alors proportionnelle linéairement au cycle de travail pour le signal PWM. Vous pouvez également ajouter une résistance limitatrice de courant de haute puissance sur chaque branche (certains modules LED l'incluront) pour éviter la suralimentation pendant la commutation.

L'exemple ci-dessus est très utile car le concepteur peut programmer plusieurs réglages de puissance dans le MCU. Vous n'avez également pas besoin d'un MCU coûteux pour cette application. J'ai récemment utilisé un simple MCU ATTiny 8 bits et stocké plusieurs réglages PWM dans l'EEPROM, qui pouvaient être basculés par l'utilisateur avec un bouton-poussoir.

Une fois que vous avez décidé de la meilleure façon de réguler la puissance de sortie et de fournir une variation de lumière (si souhaité), il est temps de choisir un pilote qui fournira la puissance dont votre système d'éclairage a besoin.

Conseils pour choisir des pilotes LED

Les pilotes LED disposent d'une gamme de topologies qui imitent les régulateurs de puissance standard, mais ils peuvent inclure d'autres fonctions comme la programmabilité, le retour d'information de détection de courant pour la régulation, et la détection de température. Pour les pilotes LED de haute puissance, voici les spécifications importantes à considérer.

• Tension et courant de sortie. Pour que la LED s'allume, la puissance de sortie doit être égale ou supérieure à la tension directe et au courant direct de la diode. Certains pilotes LED agiront comme des convertisseurs abaisseurs ou élévateurs qui sortent une tension continue égale ou supérieure avec un courant spécifique, fournissant ainsi la puissance de sortie désirée.

• Sortie en série vs parallèle. Les petits pilotes LED peuvent n'avoir qu'une seule sortie à haute tension et courant fixe, ce qui permet de piloter une chaîne de LED en série. Les pilotes LED avec plusieurs sorties (voir ci-dessus) sont généralement destinés à une utilisation en parallèle.

• PWM intégré vs. externe. Certains pilotes LED incluront un générateur de PWM et fourniront le signal directement à un MOSFET.

• Efficacité énergétique. Pour les systèmes de haute puissance, c'est un point important car il détermine combien de puissance est perdue sous forme de chaleur.

Concernant le deuxième point ci-dessus, vous pourriez toujours sortir vers plusieurs chaînes de LED en parallèle, où chaque chaîne contient plusieurs chaînes de LED en série. Faites attention à la tension directe totale et au courant qui est sorti car cela déterminera combien de chaînes en série/parallèle vous pouvez utiliser dans votre système d'éclairage.

Voici quelques exemples de pilotes LED que vous pouvez utiliser dans votre système d'éclairage de haute puissance.

NXP Semiconductors, SSL5015TE

Le pilote LED SSL5015TE de NXP Semiconductors est l'un des pilotes LED à haute tension/faible courant les plus récents sur le marché pour les systèmes d'éclairage nécessitant une connexion aux réseaux AC redressés. Ce composant inclut un régulateur interne et un JFET pour une sortie haute tension jusqu'à 300 V et 2 A. Il inclut également une broche pour une thermistance NTC pour la protection thermique, ou cette broche peut être utilisée avec un signal PWM externe pour basculer le courant de sortie et fournir une variation de lumière. Étant donné que la tension de sortie est si élevée, il est préférable d'utiliser ce pilote pour une chaîne de LED nécessitant un faible courant direct en série. Le schéma d'application ci-dessous montre un circuit de pilote LED typique impliquant ce composant.

Exemple de schéma d'application, tiré de la fiche technique du SSL5015TE.

Diodes Inc., AL8843QSP

Le pilote LED AL8843QSP de Diodes Inc. est un pilote LED en mode abaisseur DC-DC conçu pour l'éclairage automobile. Ce composant peut accepter une entrée de 4,5 à 40 V et délivre jusqu'à 3 A (efficacité de 97 %) avec un MOSFET intégré. La variation de l'intensité peut être contrôlée par un signal DC externe ou un signal PWM (jusqu'à 1 MHz) sur la broche CTRL. Ce composant inclut également une protection contre les courts-circuits pour les LED de haute puissance.

Circuit d'application pour LED en série, tiré de la fiche technique du AL8843QSP.

Analog Devices, LT3744

Le pilote LED LT3744 d'Analog Devices (Linear Technology) fournit une tension modérée (36 V) et un courant de sortie élevé (20 A en continu, 40 A en impulsion). Ces niveaux de sortie font de ce composant une option pour les chaînes de LED de haute puissance en série/parallèle mixtes. La variation de l'intensité est contrôlée par une combinaison de 3 signaux PWM externes, qui est ensuite transmise à un MOSFET de haute puissance externe. Il accepte également une large gamme de tensions d'entrée (3,3 V à 36 V), le rendant flexible pour les systèmes d'éclairage petits et grands.

Circuit d'application du pilote LED pour un projecteur avec graphique montrant le contrôle de la variation par PWM, tiré de la fiche technique du LT3744.

Que vous conceviez un système d'éclairage de haute puissance, vous devez sélectionner des pilotes LED, des FET et des composants passifs qui assurent une sortie de puissance stable et sécuritaire. Lorsque vous recherchez des composants pour votre prochain système d'éclairage de haute puissance, essayez d'utiliser la recherche de composants et les filtres de Octopart.

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