Selezione del driver LED per illuminazione ad alta potenza

Questo pannello LED ad alta potenza necessita di un circuito driver per LED per fornire un'uscita di potenza stabile.

Ho sempre ricordato di giocare con i LED e di alimentarli con un alimentatore da breadboard o una batteria. Con piccoli LED alimentati a bassa tensione/corrente, è possibile alimentarli con qualsiasi fonte di energia. Per i LED ad alta potenza, inclusi i LED bianchi, il tuo sistema di illuminazione deve avere una regolazione più sofisticata per garantire che corrente e tensione stabili siano applicate su ogni LED nel sistema.

Sebbene si possa costruire manualmente un regolatore con feedback da diversi componenti, è molto più semplice utilizzare un driver per LED per controllare il tuo sistema. Questi componenti sono specificamente progettati per fornire energia in corrente continua ai LED con alta efficienza. Ecco alcuni consigli per la selezione di driver per LED per il tuo prossimo sistema di illuminazione ad alta potenza e alcuni esempi di componenti che troverai sul mercato.

Perché Usare un Driver per LED?

Pensa a un driver per LED come a un regolatore di potenza integrato specificamente progettato per fornire una tensione costante (corrente) con corrente regolabile (tensione). Per sistemi di illuminazione ad alta potenza, puoi integrare un driver per LED per controllare l'uscita di potenza dei LED come parte della tua strategia di regolazione. Le fasi di regolazione a monte convertono un'alta tensione di ingresso (tipicamente AC della rete o alta tensione DC) in un livello DC più basso.

Regolando l'uscita di potenza dal driver per LED, puoi regolare la luminosità dei tuoi LED. I driver per LED ad alta potenza sono solitamente disponibili come componenti a montaggio superficiale con un pad esposto per la dissipazione del calore nel tuo substrato. Per il controllo della luminosità, alcuni driver per LED sono programmabili internamente con una porta I/O, mentre altri utilizzano la modulazione PWM su un driver MOSFET per controllare l'uscita di potenza (simile a un regolatore di commutazione).

Dimmerazione PWM

Un metodo popolare per regolare la luminosità in una serie di LED è utilizzare un segnale PWM. Il diagramma qui sotto mostra come utilizzare un MCU per la dimmerazione PWM. In questo esempio, la resistenza da 50 kOhm sull'uscita del MOSFET crea un anello di feedback per fornire un'uscita di alta tensione/corrente per i LED a valle. Nota che, in questo arrangiamento, stiamo guardando i LED bianchi in parallelo, anche se l'implementazione in serie è comune. Utilizzando un MCU, l'utente può controllare l'uscita di potenza regolando il ciclo di lavoro del segnale PWM. Questo può essere fatto in base a una lettura di un sensore (ad esempio, un sensore di temperatura) o utilizzando un input dall'utente.

Esempio di pilotaggio di filamenti LED paralleli con un segnale PWM da un MCU.

In questo esempio, il driver per LED agisce come un regolatore di corrente parallelo, mentre il segnale PWM e il MOSFET accendono e spengono i LED vicino alla tensione diretta alla frequenza di commutazione. La potenza media è quindi proporzionale linearmente al ciclo di lavoro per il segnale PWM. È anche possibile aggiungere una resistenza limitatrice di corrente ad alta potenza su ogni ramo (alcuni moduli LED avranno questo incluso) per prevenire la sovralimentazione durante la commutazione.

L'esempio sopra è molto utile poiché il progettista può programmare molteplici impostazioni di potenza nel MCU. Non hai nemmeno bisogno di un MCU costoso per questa applicazione. Di recente ho utilizzato un semplice MCU ATTiny a 8 bit e ho memorizzato molteplici impostazioni PWM nella EEPROM, che potrebbero essere cambiate dall'utente con un pulsante.

Una volta deciso come regolare al meglio la potenza in uscita e fornire la regolazione della luminosità (se desiderato), è il momento di scegliere un driver che fornirà l'energia necessaria al tuo sistema di illuminazione.

Consigli per la Scelta dei Driver LED

I driver LED presentano una gamma di topologie che imitano i regolatori di potenza standard, ma possono includere altre funzioni come la programmabilità, il feedback del sensore di corrente per la regolazione e il rilevamento della temperatura. Per i driver LED ad alta potenza, ecco le specifiche importanti da considerare.

• Tensione e corrente in uscita. Per far accendere il LED, la potenza in uscita deve essere pari o superiore alla tensione diretta e alla corrente diretta del diodo. Alcuni driver LED si comporteranno come convertitori buck o boost che forniscono in uscita una tensione DC pari o superiore con una corrente specifica, fornendo così la potenza in uscita desiderata.

• Uscita in serie vs parallelo. I driver LED più piccoli possono avere un'unica uscita ad alta tensione e corrente fissa, che permette di alimentare una serie di LED in serie. I driver LED con uscite multiple (vedi sopra) sono generalmente destinati all'uso parallelo.

• PWM integrato vs. esterno. Alcuni driver LED includeranno un generatore di PWM e forniranno direttamente il segnale a un MOSFET.

• Efficienza energetica. Per i sistemi ad alta potenza, questo è un punto importante poiché determina quanta energia viene persa sotto forma di calore.

Riguardo al secondo punto sopra, potresti sempre fornire energia a più filamenti di LED in parallelo, dove ogni filamento contiene più filamenti di LED in serie. Presta attenzione alla tensione diretta totale e alla corrente in uscita poiché questo determinerà quanti filamenti in serie/parallelo puoi utilizzare nel tuo sistema di illuminazione.

Ecco alcuni esempi di driver LED che puoi utilizzare nel tuo sistema di illuminazione ad alta potenza.

NXP Semiconductors, SSL5015TE

Il driver LED SSL5015TE di NXP Semiconductors è uno dei driver LED ad alta tensione/bassa corrente più recenti sul mercato per sistemi di illuminazione che richiedono il collegamento alla rete AC rettificata. Questo componente include un regolatore interno e un JFET per un'uscita ad alta tensione fino a 300 V e 2 A. Include anche un pin per un termistore NTC per la protezione termica, o questo pin può essere utilizzato con un segnale PWM esterno per alternare la corrente in uscita e fornire la regolazione della luminosità. Poiché la tensione in uscita è così alta, è meglio utilizzare questo driver per un filamento di LED che richiede una bassa corrente diretta in serie. Il diagramma di applicazione qui sotto mostra un tipico circuito di driver LED che coinvolge questo componente.

Diagramma di esempio di applicazione, dal datasheet SSL5015TE.

Diodes Inc., AL8843QSP

Il driver LED AL8843QSP di Diodes Inc. è un driver LED in modalità buck DC-DC valutato per l'illuminazione automobilistica. Questo componente può accettare ingressi da 4,5 a 40 V e fornisce uscite fino a 3 A (efficienza del 97%) con un MOSFET integrato. La regolazione della luminosità può essere controllata con un segnale DC esterno o un segnale PWM (fino a 1 MHz) sul pin CTRL. Questo componente include anche la protezione da cortocircuito per LED ad alta potenza.

Circuito di applicazione per LED in serie, dal datasheet AL8843QSP.

Analog Devices, LT3744

Il driver LED LT3744 di Analog Devices (Linear Technology) fornisce una tensione moderata (36 V) e un'uscita ad alta corrente (20 A DC, 40 A impulsiva). Questi livelli di uscita rendono questo componente un'opzione per filamenti misti di LED ad alta potenza in serie/parallelo. La regolazione della luminosità è controllata tramite una combinazione di 3 segnali PWM esterni, che poi viene inviata a un MOSFET ad alta potenza esterno. Accetta anche un'ampia gamma di tensioni di ingresso (3,3 V a 36 V), rendendolo flessibile per sistemi di illuminazione piccoli e grandi.

Circuito di applicazione del driver LED per un proiettore con grafico che mostra il controllo della luminosità PWM, dal datasheet LT3744.

Se stai progettando un sistema di illuminazione ad alta potenza, devi selezionare driver LED, FET e componenti passivi che garantiscano un'uscita di potenza stabile e sicurezza. Quando cerchi componenti per il tuo prossimo sistema di illuminazione ad alta potenza, prova a utilizzare la ricerca di componenti e i filtri di Octopart.

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