Выбор драйвера для светодиодов высокой мощности

Эта мощная светодиодная панель требует схемы драйвера светодиодов для обеспечения стабильного выходного напряжения.

Я всегда помню, как играл со светодиодами и запитывал их от блока питания на макетной плате или от батареи. Маломощные светодиоды, работающие при низком напряжении/токе, можно запитывать от любого источника питания. Для мощных светодиодов, включая белые, ваша система освещения должна иметь более сложную регулировку для обеспечения стабильного тока и напряжения на каждом светодиоде в системе.

Хотя вы могли бы вручную построить регулятор с обратной связью от нескольких компонентов, гораздо проще использовать драйвер светодиодов для управления вашей системой. Эти компоненты специально разработаны для питания светодиодов постоянным током с высокой эффективностью. Вот несколько советов по выбору драйверов светодиодов для вашей следующей мощной системы освещения и примеры компонентов, которые вы найдете на рынке.

Зачем использовать драйвер светодиодов?

Думайте о драйвере светодиодов как об интегрированном регуляторе мощности, специально разработанном для обеспечения постоянного напряжения (тока) с регулируемым током (напряжением). Для мощных систем освещения вы можете интегрировать драйвер светодиодов для управления выходной мощностью светодиодов как часть вашей стратегии регулирования. Предшествующие стадии регулятора преобразуют высокое входное напряжение (обычно переменный ток сети или высокое постоянное напряжение) в более низкий уровень постоянного тока.

Регулируя выходную мощность драйвера светодиодов, вы можете регулировать яркость своих светодиодов. Мощные драйверы светодиодов обычно доступны в виде компонентов для поверхностного монтажа с открытой площадкой для рассеивания тепла в вашу подложку. Для управления затемнением некоторые драйверы светодиодов программируются внутренне через порт ввода/вывода, в то время как другие используют ШИМ-регулировку на драйвере MOSFET для управления выходной мощностью (похоже на переключающий регулятор).

ШИМ-регулировка

Популярный метод регулировки яркости в цепочке светодиодов - использование сигнала ШИМ. На диаграмме ниже показано, как использовать микроконтроллер для ШИМ-регулировки. В этом примере резистор на 50 кОм на выходе MOSFET создает обратную связь для обеспечения высокого напряжения/тока на выходе для последующих светодиодов. Обратите внимание, что в этой схеме мы рассматриваем параллельное подключение белых светодиодов, хотя последовательное подключение также распространено. Использование микроконтроллера позволяет пользователю управлять выходной мощностью, регулируя скважность ШИМ-сигнала. Это может быть сделано на основе показаний датчика (например, температурного датчика) или с использованием некоторого ввода от пользователя.

Пример управления параллельными цепочками светодиодов с помощью сигнала ШИМ от микроконтроллера.

В этом примере драйвер светодиодов действует как параллельный регулятор тока, в то время как сигнал ШИМ и MOSFET включают и выключают светодиоды около прямого напряжения на частоте переключения. Средняя мощность затем линейно пропорциональна скважности сигнала ШИМ. Вы также можете добавить резистор ограничения высокого тока на каждую ногу (некоторые модули светодиодов будут иметь это в комплекте), чтобы предотвратить перегрузку при переключении.

Приведенный выше пример очень полезен, поскольку разработчик может программировать множество настроек питания в МКУ. Также вам не нужен дорогой МКУ для этого приложения. Недавно я использовал простой 8-битный МКУ ATTiny и записал множество настроек ШИМ в EEPROM, которые пользователь мог переключать с помощью кнопки.

Как только вы решите, как лучше всего регулировать выходную мощность и обеспечивать затемнение (если это необходимо), пришло время выбрать драйвер, который будет подавать необходимую мощность вашей системе освещения.

Советы по выбору драйверов для светодиодов

Драйверы для светодиодов имеют ряд топологий, которые имитируют стандартные регуляторы мощности, но они могут включать в себя и другие функции, такие как программируемость, обратная связь по току для регулирования и измерение температуры. Для драйверов светодиодов высокой мощности вот важные характеристики, которые следует учитывать.

• Выходное напряжение и ток. Чтобы зажечь светодиод, выходная мощность должна быть равна или выше прямого напряжения и прямого тока диода. Некоторые драйверы светодиодов будут действовать как понижающие или повышающие преобразователи, выдающие напряжение на уровне или выше прямого постоянного напряжения с определенным током, тем самым обеспечивая желаемую выходную мощность.

• Последовательное против параллельного выхода. Меньшие драйверы светодиодов могут иметь только один выход с высоким напряжением и фиксированным током, что позволяет подключать цепочку светодиодов последовательно. Драйверы светодиодов с несколькими выходами (см. выше) обычно предназначены для параллельного использования.

• Интегрированный против внешнего ШИМ. Некоторые драйверы светодиодов будут включать генератор ШИМ и напрямую подавать сигнал на МОП-транзистор.

• Энергоэффективность. Для систем высокой мощности это важный пункт, поскольку он определяет, сколько мощности теряется в виде тепла.

Касательно второго пункта выше, вы всегда можете выводить на несколько параллельных цепочек светодиодов, где каждая цепочка содержит несколько последовательно соединенных цепочек светодиодов. Обратите внимание на общее прямое напряжение и ток, которые выдает драйвер, так как это определит, сколько последовательно/параллельных цепочек вы можете использовать в вашей системе освещения.

Вот некоторые примеры драйверов светодиодов, которые вы можете использовать в вашей системе освещения высокой мощности.

NXP Semiconductors, SSL5015TE

Драйвер светодиодов SSL5015TE от NXP Semiconductors является одним из новейших драйверов светодиодов высокого напряжения/низкого тока на рынке для систем освещения, требующих подключения к выпрямленной сети переменного тока. Этот компонент включает в себя внутренний регулятор и JFET для выходного напряжения до 300 В и 2 А. Он также включает вывод для NTC термистора для термозащиты, или этот вывод может быть использован с внешним сигналом ШИМ для переключения выходного тока и обеспечения затемнения. Поскольку выходное напряжение такое высокое, лучше всего использовать этот драйвер для цепочки светодиодов, требующих низкого прямого тока, соединенных последовательно. Ниже приведена типичная схема драйвера светодиодов с использованием этого компонента.

Пример схемы применения, из даташита SSL5015TE.

Diodes Inc., AL8843QSP

Драйвер светодиодов AL8843QSP от Diodes Inc. является драйвером светодиодов в режиме понижения напряжения (buck-mode), предназначенным для автомобильного освещения. Этот компонент может принимать входное напряжение от 4.5 до 40 В и выдает ток до 3 А (эффективность 97%) с интегрированным MOSFET. Регулировка яркости может осуществляться с помощью внешнего постоянного сигнала или сигнала ШИМ (до 1 МГц) на контакте CTRL. Этот компонент также включает защиту от короткого замыкания для мощных светодиодов.

Схема подключения последовательных светодиодов, из даташита AL8843QSP.

Analog Devices, LT3744

Драйвер светодиодов LT3744 от Analog Devices (Linear Technology) обеспечивает умеренное выходное напряжение (36 В) и высокий выходной ток (20 А постоянного тока, 40 А импульсного). Эти уровни выходного сигнала делают этот компонент одним из вариантов для смешанных последовательно-параллельных цепочек мощных светодиодов. Регулировка яркости осуществляется с помощью комбинации 3 внешних сигналов ШИМ, которые затем подаются на внешний мощный MOSFET. Он также принимает широкий диапазон входного напряжения (от 3.3 В до 36 В), что делает его гибким для малых и больших систем освещения.

Схема применения драйвера светодиодов для проектора с графиком управления яркостью ШИМ, из даташита LT3744.

Когда вы разрабатываете систему освещения высокой мощности, вам необходимо выбрать драйверы светодиодов, FET и пассивные компоненты, которые обеспечивают стабильный выходной ток и безопасность. Если вы ищете компоненты для вашей следующей системы освещения высокой мощности, попробуйте использовать поиск компонентов и фильтры на Octopart.

Чтобы быть в курсе наших последних статей, подпишитесь на нашу рассылку.