Аналіз та розробка LED-драйвера (стр. 2 из 6)

Для ламп, розрахованих на змінну напругу 12 В, ситуація ще більш складна, тому що лампа може підключатися до мережі через електронний трансформатор і імпульсний регулятор яскравості. І знову ж, світлодіодна 12-вольтова лампа, у драйвері якої використовується традиційний мостовий випрямляч і DC/ DC-перетворювач, мерехтить через несумісність із трансформатором і регулятором яскравості.

Як говорилося вище, світлодіодні лампи надають розроблювачам більше творчого простору, оскільки дозволяють регулювати яскравість і міняти колір світіння. Такі можливості роблять їх ідеальними для застосування в архітектурнім підсвічуванні, у системах внутрішнього освітлення, а також у регульованих енергозберігаючих системах вуличного освітлення. Для всіх цих застосувань потрібна технологія дистанційного керування яскравістю світлодіодних ламп. Щоб застосування мало успіх на ринку, витрати на модернізацію інфраструктури для переведення систем освітлення на нові світлодіодної технології повинні бути мінімізовані. Не дивно, що рішення, які дозволять використовувати існуючу інфраструктуру без її переробки, імовірно, стануть першими кандидатами для проникнення на ринок.

По оцінках, при переході на світлодіодне освітлення з дистанційним керуванням найбільш витратною справою буде прокладка дротів керування світлодіодними лампами. На щастя, є дві технології, які дозволяють відмовитися від настільки дорогої модернізації: світлодіодними лампами можна управляти за допомогою бездротового зв'язку або через існуючу мережу змінної напруги, використовуючи технологію PLC (Power Line Communication — зв'язок по проводах електричної мережі). Технологія PLC дозволяє передавати сигнали керування на великі відстані, але це може виявитися проблематичним, якщо на шляху проходження потоку даних по мережі змінного струму зустрічаються переривники або трансформатори. У той же час для бездротового зв'язку такої проблеми не існує, але відстань, на яку можуть бути передані керуючі сигнали, може виявитися обмеженою, якщо для цих цілей використовуються вільні частотні діапазони. Іноді найкращим рішенням є сполучення цих двох технологій: зв'язок по проводах електромережі для пристроїв, які не розділені між собою трансформаторами, і бездротовий зв'язок як спосіб обійти трансформатори.

1.2 Огляд драйверів живлення світлодіодних світильників

Розробка світильників на основі потужних світлодіодів з появою нових надійних елементів стає усе більш актуальною. Багато фірм - виробників радіокомпонентів пропонують рішення для створення джерел струму й різні мікросхеми драйверів для живлення світлодіодів. Фірма STMicroelectronics пропонує декілько вдалих схемотехнічних рішень для реалізації живлення світлодіодів.

По суті своєї драйвери світлодіодів представляють собою DC-DC перетворювачі, що стабілізують не тільки напругу, а струм через світлодіоди. Структура драйвера залежить від діапазону вхідної напруги й від кількості світлодіодів, що можуть живится від драйвера. Внутрішня структура драйвера може бути різна, але, як правило, він складається з наступних функціональних блоків:

– DC-DC-перетворювач;

– Регульовані або навіть програмувальні лінійні джерела струму (один або кілька каналів);

– ШІМ-контролери для індивідуального або загального керування струмом через світлодіоди;

– Інтерфейс керування;

– Блок діагностики для виявлення обривів у колі підключення світлодіодів, коротких замикань і ін.

Цікавим рішенням є драйвери LED7706, LED7707 від компанії STMicroelectronics. Мікросхеми призначено для живлення шести лінійок послідовно включених світлодіодів (до 10 світлодіодів у кожному ланцюжку) струмом 30 або 85 мА, відповідно.

Структура цих мікросхем однакова: до їхнього складу входить високоефективний підвищувальний перетворювач, який працює на частоті 660 кГц. Він має можливість зміни робочої частоти в межах від 200 кГц до 1 МГц за допомогою зовнішнього резистора й шість генераторів струму.

Вихідна напруга підвищувального перетворювача змінюється адаптивно таким чином, щоб найменше спадання напруги на одному із внутрішніх джерел струму було рівне їхній опорній напрузі(400 мВ). Вихідна напруга може змінюватися в діапазоні від 4,5 В до 36 В.

Вихідний струм у кожному каналі може бути заданий одним зовнішнім резистором. Яскравість світіння світлодіодів може змінюватися, для цього мікросхема має спеціальний вхід для регулювання. Основні параметри мікросхем наведені у таблиці 1.

Таблиця 1 - Основні параметри мікросхем

Найменування	Вхідна напруга, ( В )	Вихідна напруга, ( В )	Вихідний струм, (мА)	Число каналів	ККД, ( %)	Діммінг	Робоча частота, (МГц )
LED7706	4,5 - 36	до 36	до 30	6	93	PWM	0,2...1
LED7707	4,5 - 36	до 36	до 85	6	93	PWM	0,2...1

Схема включення цих мікросхем показана на рисунку 1.

Рисунок 1 - Схема включення мікросхеми LED7706

Вхідна її частина утворена лініями живлення VIN+, VIN-, а також інтерфейсом керування й діагностики, що включають лінії:

– EN - вхід керування включенням/відключенням;

– FAULT - вихід з відкритим стоком, що сигналізує про виявлення внутрішньою схемою мікросхеми аварійного стану. Логіка роботи даного виводу, а також поведінка мікросхеми в аварійних режимах залежить від стану виводу MODE, яке задається перемикачем SW3;

– DIM - вхід ШІМ-керування яскравістю (частота до 20 кГц, діапазон регулювання 1...100%).

Стани функціональних вузлів мікросхем LED7706 і LED7707 при виникненні різних аварійних станів наведено у таблиці 2.

Таблиця 2 – Аварійні стани мікросхеми LED7706

Аварійний стан	MODE з'єднаний з GND	MODE з'єднаний з VCC
Струмове перевантаження внутрішнього МДН-Транзистора	Вивід FAULT у високому стані Потужний Моп-Транзистор відключений.
Перенапруга на виході	Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному стані.
Перегрів	Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному станіАвтоматичний перезапуск при зниженні температури менш 30°С
Коротке замикання світлодіодів	Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному стані. (гранична напруга 3.4В)	Вивід FAULT у низькому стані. Блокується робота несправного каналу. (гранична напруга 6В)
Обрив у колах підключення світлодіодів	Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному стані.	Вивід FAULT у високому стані Блокується робота несправного каналу.

Функціонування мікросхем LED7706, LED7707 відбувається наступним чином. Підвищувальний перетворювач перетворює вхідну напругу до необхідного рівня на лінії VBOST. Рівень напруги на цій лінії контролюються перетворювачем через вхід OVSEL. Величина напруги на виході залежить від величини дільника виконаного на резисторах R1, R2.

Від величини конденсатора Css залежить тривалість "плавного" старту перетворювача. Конденсатор заряджається від інтегрованого в мікросхему джерела струму 5 мкА. При досягненні на ємності Css напруги 2.4В, перетворювач починає працювати в штатному режимі.

Робоча частота задається зовнішнім резистором Rfsw, що підключаються до входу FSW. Частота може бути задана в діапазоні 250...1000 кГц. Якщо вивід FSW з'єднати з виводом Avcc перетворювач буде працювати на частоті 660 кГц. Вивід FSW також може виступати в якості входу зовнішньої синхронізації. У такому випадку, одна мікросхема LED770x є головною, а інші - підлеглими (сигнал синхронізації надходить на вхід FSW з виходу SYNC попередньої мікросхеми).

Особливостямимікросхем є висока продуктивність, високий ККД, - ШІМ-діммірування на частоті 20кГц, мінімальний розмір пристрою. Вони застосовуються для підсвічування рекламних стендів та побудови світильників на чіп-світлодіодах.

Для живлення світлодіодів підходять мікросхеми звичайних DC-DC перетворювачів, необхідно тільки переробити схемотехнічне рішення таким чином, щоб на виході перетворювача стабілізувався струм, а не напруга. Компанія STMicroelectronics рекомендує використовувати для цієї мети сімейство імпульсних понижувальних стабілізаторів L597x.

Це серія перетворювачів може працювати з вихідною напругою до 36 В и забезпечувати струм виходу 1, 1,5 або 2 Ампера. Звідси випливає, що можна підключити на вихід стабілізатора до 10 послідовно включених світлодіодів і стабілізувати струм для світлодіодів з робочими струмами 350 мА, 700 мА й 1400 мА, найчастіше більшого й не потрібно.

У стабілізаторах сімейства перетворювачів L597x застосовується потужний P-Канальний польовий транзистор, виконаний за технологією D-MOSFET. Транзистор має високу швидкодію, що дозволяє будувати на ньому перетворювачі з робочою частотою 250 і 500кГц і вище. Крім цього транзистор має вкрай низький опір каналу, порядку 250 мОм. Що дозволяє будувати схеми з мінімальною різницею вхідної й вихідної напруги. Перетворювачі оснащені захистом від перевищення струму, короткого замикання на виході й перегріву. Основні параметри мікросхем серії L5970X наведені у таблиці 3.