Seleção de Driver de LED para Iluminação de Alta Potência

Este painel de LED de alta potência precisa de um circuito de driver de LED para fornecer uma saída de energia estável.

Eu sempre me lembro de brincar com LEDs e alimentá-los com uma fonte de alimentação de protoboard ou uma bateria. Com LEDs pequenos alimentados em baixa tensão/corrente, você pode alimentá-los com qualquer fonte de energia. Para LEDs de alta potência, incluindo LEDs brancos, seu sistema de iluminação precisa ter uma regulação mais sofisticada para garantir que uma corrente e tensão estáveis sejam aplicadas em cada LED do sistema.

Embora você possa construir manualmente um regulador com feedback de vários componentes, é muito mais fácil usar um driver de LED para controlar seu sistema. Esses componentes são especificamente projetados para fornecer energia DC para LEDs com alta eficiência. Aqui estão algumas dicas para selecionar drivers de LED para o seu próximo sistema de iluminação de alta potência e alguns componentes de exemplo que você encontrará no mercado.

Por Que Usar um Driver de LED?

Pense em um driver de LED como um regulador de potência integrado especificamente projetado para fornecer uma tensão constante (corrente) com corrente ajustável (tensão). Para sistemas de iluminação de alta potência, você pode integrar um driver de LED para controlar a saída de energia do LED como parte da sua estratégia de regulação. As etapas reguladoras anteriores convertem uma alta tensão de entrada (tipicamente AC da rede ou alta tensão DC) para um nível DC mais baixo.

Ajustando a saída de energia do driver de LED, você pode ajustar o brilho dos seus LEDs. Drivers de LED de alta potência geralmente estão disponíveis como componentes de montagem em superfície com um pad exposto para dissipação de calor em seu substrato. Para controle de atenuação, alguns drivers de LED são programáveis internamente com uma porta I/O, enquanto outros usam atenuação PWM em um driver MOSFET para controlar a saída de energia (semelhante a um regulador chaveado).

Atenuação PWM

Um método popular para ajustar o brilho em uma sequência de LEDs é usar um sinal PWM. O diagrama abaixo mostra como usar um MCU para atenuação PWM. Neste exemplo, o resistor de 50 kOhm na saída do MOSFET cria um loop de feedback para fornecer alta tensão/corrente de saída para os LEDs a jusante. Note que, nesta disposição, estamos olhando para LEDs brancos em paralelo, embora a implementação em série seja comum. Usar um MCU permite ao usuário controlar a saída de energia ajustando o ciclo de trabalho do PWM. Isso pode ser feito com base na leitura de um sensor (por exemplo, um sensor de temperatura) ou usando alguma entrada do usuário.

Exemplo de condução de sequências de LED em paralelo com um sinal PWM de um MCU.

Neste exemplo, o driver de LED atua como um regulador de corrente paralelo, enquanto o sinal PWM e o MOSFET acionam os LEDs ligando e desligando perto da tensão direta na frequência de comutação. A potência média é então proporcional linearmente ao ciclo de trabalho do sinal PWM. Você também pode adicionar um resistor limitador de corrente de alta potência em cada perna (alguns módulos de LED terão isso incluído) para evitar sobrealimentação durante a comutação.

O exemplo acima é muito útil, pois o designer pode programar múltiplas configurações de energia no MCU. Você também não precisa de um MCU caro para esta aplicação. Recentemente, usei um simples MCU ATTiny de 8 bits e armazenei múltiplas configurações PWM na EEPROM, que poderiam ser alternadas pelo usuário com um botão de pressão.

Uma vez que você decidiu como regular melhor a potência de saída e fornecer o dimmer (se desejado), é hora de escolher um driver que fornecerá a energia necessária para o seu sistema de iluminação.

Dicas para Escolher Drivers de LED

Os drivers de LED possuem uma gama de topologias que imitam reguladores de potência padrão, mas podem incluir outras funções como programabilidade, feedback de detecção de corrente para regulação e detecção de temperatura. Para drivers de LED de alta potência, aqui estão as especificações importantes a considerar.

• Tensão e corrente de saída. Para fazer o LED acender, a potência de saída precisa estar no mesmo nível ou acima da tensão direta e corrente direta do diodo. Alguns drivers de LED atuarão como conversores buck ou boost que saem na mesma tensão DC direta com corrente específica, fornecendo assim a potência de saída desejada.

• Saída em série vs. paralelo. Drivers de LED menores podem ter apenas uma saída de alta tensão e corrente fixa, o que permite que uma sequência de LEDs seja conduzida em série. Drivers de LED com múltiplas saídas (veja acima) geralmente são destinados para uso paralelo.

• PWM integrado vs. externo. Alguns drivers de LED incluirão um gerador de PWM e fornecerão o sinal diretamente a um MOSFET.

• Eficiência energética. Para sistemas de alta potência, este é um ponto importante, pois determina quanto poder é perdido como calor.

Em relação ao segundo ponto acima, você sempre pode sair para múltiplas sequências de LED em paralelo, onde cada sequência contém múltiplas sequências de LED em série. Preste atenção à tensão direta total e corrente que é fornecida, pois isso determinará quantas sequências em série/paralelo você pode usar no seu sistema de iluminação.

Aqui estão alguns exemplos de drivers de LED que você pode usar no seu sistema de iluminação de alta potência.

NXP Semiconductors, SSL5015TE

O driver de LED SSL5015TE da NXP Semiconductors é um dos mais novos drivers de LED de alta tensão/baixa corrente no mercado para sistemas de iluminação que requerem conexão com a rede AC retificada. Este componente inclui um regulador interno e JFET para saída de alta tensão de até 300 V e 2 A. Ele também inclui um pino para um termistor NTC para proteção térmica, ou este pino pode ser usado com um sinal PWM externo para alternar a corrente de saída e fornecer dimmer. Como a tensão de saída é tão alta, é melhor usar este driver para uma sequência de LEDs que requerem baixa corrente direta em série. O diagrama de aplicação abaixo mostra um circuito típico de driver de LED envolvendo este componente.

Exemplo de diagrama de aplicação, retirado do datasheet do SSL5015TE.

Diodes Inc., AL8843QSP

O driver de LED AL8843QSP da Diodes Inc. é um driver de LED em modo buck DC-DC classificado para iluminação automotiva. Este componente pode aceitar entradas de 4,5 a 40 V e saídas de até 3 A (97% de eficiência) com um MOSFET integrado. O dimming pode ser controlado com um sinal DC externo ou um sinal PWM (até 1 MHz) no pino CTRL. Este componente também inclui proteção contra curto-circuito para LEDs de alta potência.

Circuito de aplicação para LEDs em série, retirado do datasheet do AL8843QSP.

Analog Devices, LT3744

O driver de LED LT3744 da Analog Devices (Linear Technology) fornece uma tensão moderada (36 V) e uma saída de alta corrente (20 A DC, 40 A pulsado). Esses níveis de saída tornam este componente uma opção para cadeias mistas de LEDs de alta potência em série/paralelo. O dimming é controlado por uma combinação de 3 sinais PWM externos, que são então enviados a um MOSFET de alta potência externo. Ele também aceita uma ampla faixa de tensão de entrada (3,3 V a 36 V), tornando-o flexível para sistemas de iluminação pequenos e grandes.

Circuito de aplicação de driver de LED para um projetor com gráfico mostrando o controle de dimming PWM, retirado do datasheet do LT3744.

Se você está projetando um sistema de iluminação de alta potência, precisa selecionar drivers de LED, FETs e passivos que garantam uma saída de energia estável e segurança. Quando estiver procurando por componentes para o seu próximo sistema de iluminação de alta potência, experimente usar a busca de componentes e filtros do Octopart.

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