Аналіз та розробка LED-драйвера (стр. 3 из 6)

Таблиця 3 - Основні параметри мікросхем серії L5970X

Найменування	Максимальний вихідний струм, (А)	Діапазон вхідної напруги, (В)	Максимальна вихідна напруги, (В)	Максимальна кількість світлодіодів	Робоча частота, (МГц)
L5970D	1	4,4 - 36	до 36	9	250
L5970AD	1	4,4 - 36	до 36	9	500
L5972D	1,5	4,4 - 36	до 36	9	250
L5973AD	1,5	4,4 - 36	до 36	9	500
L5973D	2	4,4 - 36	до 36	9	250

Варіант підключення мікросхеми L5973D показаний на рисунку 2.

Рисунок 2 - Варіант підключення мікросхеми L5973D

Сигнал з датчика струму Rs подається на вхід зворотного зв'язку мікросхеми. Оскільки опорна напруга внутрішнього джерела дорівнює 1,235 В, тому й сигнал з датчика струму в режимі стабілізації повинен бути не менше. Якщо струм через світлодіоди вибирається досить великий, на струмовому сенсорі виділяється велика потужність. Наприклад, для струму 1,4 А потужність, що виділяється на резисторі Rs буде близько 2 Вт. Це, звичайно, негативно впливає на ККД джерела в цілому. Цього недоліку позбавлена схема показана нижче (Рисунок 3).

Рисунок 3 - Схема підключення мікросхеми L5973D зі зменшеними втратами

Цей варіант підключення L5973D відрізняється від схеми показаної вище тільки тим, що сигнал з датчика струму Rs на вхід керування подається через додатковий операційний підсилювач. Таким чином, можна зменшити втрати потужності на датчику струму. Необхідна напруга на датчику струму залежить від коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, що задається резисторами R1 і R2 і визначається по формулі: Urs=R1/R2*1.235В.

На рисунку 4 показаний варіант включення L5973D у якості перетворювача, що інвертує вихідну напругу по відношенню до вхідної.

Рисунок 4 - Варіант включення L5973D у якості перетворювача, що інвертує вихідну напругу

Особливістю такої схеми є те, що світлодіоди в ній підключені анодом до загального проводу.

І, на останок, можна навести схему підвищувального-понижувального перетворювача на мікросхемі L5973D (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Варіант підвищувального-понижувального перетворювача

Особливістю цього схемотехнічного рішення є можливість схеми працювати від вхідної напруги як вище, так і нижче тої, що потрібна для живлення ланцюжка світлодіодів.

Таким чином, зазначена серія мікросхем забезпечує малі габарити кінцевого пристрою, високий ККД, високу частоту перетворення напруги, універсальність застосування для живлення світлодіодних світильників.

Особливої уваги при розробці потребують драйвери живлення світлодіодних світильників, що живляться від мережі змінного струму.

Тут треба враховувати потужність цих пристроїв. При побудові джерела живлення для світлодіодного світильника потужністю 25 Вт и більше необхідно враховувати вимогу - наявність у блоці живлення коректора коефіцієнта потужності. Застосування коректора коефійієтта потужності призводить до подвійного претворення напруги. Подвійне перетворення негативне позначається на ціні й ККД готового джерела. Крім того, робота двох перетворювачів при високих напругах вимагає від розроблювача високої кваліфікації на етапі проектування. А отже, готовий виріб може виявитися неналежного рівня надійності. А це одне з головних вимог для світлодіодних джерел живлення.

Для малопотужних джерел живлення світлодіодів від мережі коректор не потрібний, але й в цьму випадку може застосовуватися подвійне перетворення напруги за принципом: понижувальний стабілізатор напруги – понижувальний стабілізатор струму. Такі рішення використовуються у випадках необхідності отримання від джерела живлення світлодіодів спеціальних функцій, наприклад, можливості регулювання яскравості світіння.

Для простого розв'язку завдання побудови джерела живлення світлодіодного світильника компанія Stmicroelectronics виробляє мікросхему L6562А, за допомогою якої можна побудувати однокаскадний AC-DC перетворювач, що поєднує коректор потужності й понижувальний Fly-back перетворювач. Це дозволяє заощадити на найдорожчих компонентах - моткових виробах і силових напівпровідникових елементах. Відповідно збільшується ККД джерела, зменшуються тепловиділення, габарити й вага.

Один із прикладів застосування мікросхеми L6562 показаний на рисунку 6.

Рисунок 6 - Приклад застосування мікросхеми L6562 для живлення світлодіодів

Як видно, на схемі високовольтний перетворювач виконаний за схемою зворотноходового перетворювача, крім цього мікросхема L6562А виконує функцію коректора потужності. Через вхід MULT з резистивного дільника мікросхема одержує сигнал одного півперіоду вхідної напруги, отриманого після вхідного випрямляча. Форма вхідної напруги для ШІМ перетворювача є опорним сигналом, і струм через силовий ключ задається відповідно до отриманої форми вхідної напруги, тому споживаний перетворювачем струм має синусоїдальну форму й збігається по фазі з живлячою напругою. На виході перетворювача одержуємо стабілізовану напругу за допомогою підсилювача неузгодженості на мікросхемі TL431. Є можливість організувати опторазв’язку, а можна обійтися й без неї. Далі пропонується використовувати кілька окремих стабілізаторів струму для кожної лінійки світлодіодів.

Особливостями застосування мікросхеми L6265 є сполучення в одному кристалі функції AC-DС перетворювача й коректора потужності, низький коефіцієнт гармонік у мережі живлення, простота побудови схем і використання, високий ККД, низька вартість дизайну. Пристрої з використанням мікросхеми L6265 доцільно використовувати у драйверах світлодіодних світильників для вуличного та архітектурного освітлення.

При проектуванні джерела живлення світлодіодного світильника завжди постає питання яке джерело живлення використовувати для живлення - гальванично розв'язане або гальванично пов'язане з первинною мережею. Прямої заборони на використання того або іншого немає. Безпечність світильників регулює нормативний документ ДС Р МЭК 60598-1-2003 «Світильники. Загальні вимоги й методи випробування», відповідно до якого всі світильники діляться на три класи по захисту від ураження електричним струмом.

Клас I- захист від ураження електричним струмом забезпечується основною ізоляцією й приєднанням доступних для дотику провідних деталей до захисного (заземленого) проводу стаціонарної проводки таким чином, щоб доступні провідні деталі не могли стати струмоведучими у випадку ушкодження основної ізоляції;

Клас II- світильник, у якому захист від ураження електричним струмом забезпечується основною ізоляцією, застосуванням подвійної або посиленої ізоляції, і, який не має пристрою для захисного заземлення або спеціальних засобів захисту в електричній установці;

Клас III- світильник, у якому захист від ураження електричним струмом забезпечується застосуванням безпечної наднизької напруги живлення (по даному документу до 50В включно).

Для кожного із цих класів установлені вимоги до електричної міцності ізоляції: Клас I - 2U+1000 В; Клас II - 4U+2750 В; Клас III - 500 В, де U - напруга живлення світильника, В.

При розробці самого світильника й джерела живлення до нього з використанням AC/DС-перетворювача важливо забезпечити необхідну електричну міцність виробу вибором матеріалів і конструктивних рішень. Наприклад, виріб по класу I може мати гальванічний зв'язок з мережею, але при цьому необхідно, щоб доступні для дотику струмопровідні деталі мали захисне заземлення й комплектуючі й матеріали змогли забезпечити напругу пробою більш 1440 В між вхідною клемою й корпусом виробу. Як варіант, можна застосувати у виробі джерело живлення, гальванічно не пов'язане з мережею, а необхідне значення напруги пробою (1,44; 3,63 кВ) забезпечити міжшаровою ізоляцією в трансформаторі.

2 Спеціальна частина

2.1 Характеристика елементної бази

2.1.1 Мікросхема VIPer17

На ринку виробників імпульсних джерел живлення (ІДЖ) широку популярність набули мікросхеми, вироблені фірмою Stmicroelectronics. Серед інших аналогів їх відрізняє схемотехнічно бездоганна структура, яка дозволяє конструкторам ІДЖ легко й швидко створювати прилади, що вимагають мінімального числа зовнішніх елементів «обв'язки» ІС і в той же час повністю відповідати твердим вимогам енергозберігаючої технології проектування (Blue Angel Eco).

Інтегральний контролер ІДЖ Vlperl7H(L) увібрав у себе ряд інноваційних технічних рішень. Розроблювачі розмістили 26 композитних логічних блоків на одному кристалі, що дозволило розширити функціональні можливості ІС.

Інтегральний контролер ІДЖ Vlperl7H(L) містить силовий комутатор на основі МДН транзистора й керуючий ШІМ. Дана мікросхема виробляється у двох варіантах конструктивного виконання: у корпусах DIP7 (Viperl7LN/Viperl7HN) і SO16-narrow (Viper17LD/Viper17HD). Індекси H (High) і L(Low) у найменуванні мікросхеми вказують на частоту вбудованого генератора - високу 115 кГц і низьку 60 кГц відповідно. Призначення виводів мікросхем презентовано в таблиці 4.

світлодіодний освітлення живлення мікросхема

Таблиця 4 - Призначення виводів мікросхем Viper17