Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Пятница, 24 октября
 
 

Это интересно!

Ранее

DC/DC-преобразователи PEAK для экономичных и портативных приборов

Задача энергосбережения становится все более актуальной в связи с увеличением стоимости получения электроэнергии, ограниченностью природных ресурсов и ростом энергопотребления. Один из вариантов решения этой задачи — увеличивать КПД электронных устройств или выключать неиспользуемые в текущий момент блоки и устройства, управляя их электропитанием. Компания Peak Electronics предлагает DC/DC-преобразователи с высоким КПД 97% или модули мощностью 1…75 Вт с функцией дистанционного включения/выключения.

Аккумуляция энергии без использования батарей во встраиваемых системах

В статье рассмотрена технология аккумуляции энергии, которая позволяет отказаться от применения батарей в качестве традиционного элемента питания. Показаны преимущества применения систем аккумуляции энергии в приложениях с длительным сроком службы и затруднительным доступом для обслуживания. Рассмотрен пример построения системы сбора энергии для сети беспроводных датчиков с применением микроконтроллера с ультранизким потреблением и РЧ-трансивера компании Texas Instruments. Статья представляет собой перевод [1].

Технологии силовой электроники для снижения энергопотребления

В статье рассмотрены технологии производства силовых приборов с уменьшенными потерями, что позволяет повысить энергоэффективность преобразователей на их основе. Рассмотрены кремниевые и карбид-кремниевые дискретные силовые компоненты. Приведены табличные и графические экспериментальные и расчетные данные.

 

2 марта

Методы регулировки яркости для импульсных драйверов светодиодов

Высокоэффективные импульсные драйверы заменили линейные источники тока и стали фактически стандартом для схем управления светодиодами. В широком спектре приложений от светодиодных фонарей до информационных табло требуется обеспечить точную регулировку светового выхода светодиода. В статье приводятся базовые сведения о яркости свечения светодиодов и цветовой температуре, а также рассматриваются методы реализации регулировки яркости для импульсных драйверов светодиодов. Статья представляет собой перевод [1].



Я

ркость светодиодов и цветовая температура

Яркость видимого света, излучаемого светодиодом, измеряется в единицах плотности светового потока, которые называются канделами (кд). Общая выходная мощность светодиода измеряется в люменах (лм). Важно отметить, что средний прямой ток через светодиод определяет его яркость свечения.

На рисунке 1 представлена зависимость прямого тока от светосилы определенного светодиода. Эта зависимость практически линейна в диапазоне используемых на практике значений прямого тока IF. Заметим, что нелинейность этой зависимости проявляется при более высоких значениях IF. Снижение эффективности светодиода (в лм/Вт) возникает, когда рабочий ток выходит за пределы участка линейной зависимости.

Рис. 1. Зависимость светового выхода от тока через светодиод

Работа в нелинейном участке зависимости светового выхода от прямого тока приводит к тому, что часть выходной мощности светодиода рассеивается в виде тепла. Это накладывает ограничения на схему драйвера и усложняет требования к системе.

Цветовая температура — это показатель, который определяет цвет свечения светодиода и указывается в технической документации на светодиод. Цветовая температура данного светодиода задается в определенных пределах и может изменяться в зависимости от величины прямого тока, температуры перехода и срока службы светодиода. Более низкая цветовая температура соответствует красно-желтым цветам (теплые цвета), а более высокая цветовая температура — сине-зеленым цветам (холодные цвета). Для многих светодиодов различных цветов свечения специфицирована доминирующая длина волны, а не цветовая темпера-
тура.

Методы регулировки яркости светодиодов

В настоящее время существуют два метода регулировки яркости светодиодов в схемах импульсных драйверов: ШИМ-регулировка и аналоговая регулировка. Оба метода обеспечивают контроль усредненного по времени тока через светодиод или цепь светодиодов, причем каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки.

На рисунке 2 показан импульсный драйвер светодиода в топологии понижающего стабилизатора. Входное напряжение VIN должно быть всегда выше падения напряжения на светодиоде и резисторе RSNS. Ток через катушку индуктивности равен току светодиода. Стабилизация тока осуществляется с помощью контроля напряжения на выводе CS. Так как напряжение на выводе CS начинает падать, рабочий цикл импульсов тока, протекающего через катушку L1, светодиод и резистор RSNS, увеличивается, что вызывает возрастание среднего тока через светодиод.

Рис. 2. Топология понижающего стабилизатора

Аналоговая регулировка яркости

Аналоговая регулировка яркости светодиодов заключается в изменении уровня постоянного тока светодиода. Это можно осуществить путем подстройки резистора RSNS или подавая аналоговое напряжение на соответствующий вывод микросхемы. На схеме рисунка 2 показаны оба варианта аналоговой регулировки.

Аналоговая регулировка с помощью подстройки резистора RSNS

Из схемы рисунка 2 ясно, что при изменении величины RSNS будет меняться ток светодиода при фиксированном значении опорного напряжения на выводе CS. Если можно было бы найти потенциометр с номиналом менее одного ома, с помощью которого можно управлять высоким током светодиода, то это был бы вполне приемлемый метод регулировки яркости.

Аналоговая регулировка с помощью подачи постоянного напряжения на вывод CS

Более сложным является метод непосредственного контроля тока светодиода с помощью напряжения, приложенного к выводу CS микросхемы. Обычно источник напряжения включается в цепь обратной связи, а ток светодиода задается усилителем (см. рис. 2). Ток светодиода управляется путем выбора коэффициента усиления усилителя. С помощью цепи обратной связи можно реализовать дополнительные функции защиты светодиода, например, такие как ограничение максимального тока и тепловая защита.

Недостаток аналоговой регулировки заключается в том, что цветовая температура излучаемого света может меняться при изменении тока светодиода. В случае, когда ключевую роль в приложении играет цвет светодиода или когда цветовая температура сильно меняется в зависимости от тока светодиода, регулировка светового выхода путем изменения тока через светодиод не приемлема.

ШИМ-регулировка яркости

ШИМ-метод регулировки яркости заключается в периодическом включении и выключении тока через светодиод на короткие промежутки времени. Частота цикла включения/отключения тока должна быть выше частоты, при которой глаз человека может заметить периодичность включения, для того, чтобы избежать эффекта мерцания. Эта частота должна быть не менее 200 Гц.

Яркость светодиода в этом случае пропорциональна рабочему циклу ШИМ-сигнала регулировки в соответствии с формулой:

IDIM-LED = DDIM ILED,

где IDIM-LED — средний ток светодиода, DDIM — рабочий цикл сигнала регулировки яркости, ILED — номинальный ток светодиода при выбранном значении сопротивления резистора RSNS.

Управление драйвером светодиода

Во многих современных микросхемах драйверов светодиодов предусмотрен специальный вывод PWM DIM, на который можно подавать ШИМ-сигналы различных частот и амплитуд, что позволяет упростить сопряжение драйвера с внешними логическими схемами. В драйвере может быть предусмотрена функция DIM, которая лишь блокирует выход, оставляя внутреннюю схему работающей, что позволяет исключить задержку при перезапуске микросхемы. Кроме того, для управления драйвером могут быть использованы вывод разрешения выхода и другие логические функции.

2-проводная ШИМ-регулировка

2-проводная ШИМ-регулировка яркости — это распространенный метод, который используется, например, во внутренних системах освещения автомобилей. Та как VIN модулируется напряжением, уровень которого на 70% ниже VIN-NOMINAL, вывод VINS (см. рис. 3) детектирует изменение напряжения и преобразует ШИМ-сигнал в соответствующий сигнал на выходе драйвера. Недостатком этого метода является то, что источник питания преобразователя должен содержать схему формирования ШИМ-сигнала на выходе.

Рис. 3. 2-проводная ШИМ-регулировка яркости

Быстрая ШИМ-регулировка с шунтирующим транзистором

Задержка отключения и запуска преобразователя накладывает ограничения на частоту ШИМ-сигнала регулировки и диапазон изменения рабочего цикла. Для того, чтобы исключить эту задержку, можно включить внешний шунтирующий прибор, например, FET параллельно светодиоду или цепи светодиодов (см. рис. 4).

Рис. 4. Быстрая ШИМ-регулировка

Ток в катушке индуктивности остается непрерывным во время выключения светодиода, что устраняет длительную задержку нарастания и спада тока пьедестала катушки. Время задержки в этом случае определяется временем нарастания и спада выходного сигнала шунтирующего транзистора. На рисунке 4 показана схема включения микросхемы LM3406 с шунтирующим FET, а на рисунке 5 — графики, показывающие разницу задержки включения/выключения светодиода при управлении с помощью вывода регулировки яркости и с помощью шунтирующего транзистора. Измерения сигналов проведены при выходной емкости 10 нФ. В схеме использовался шунтирующий транзистор Si3458.

Рис. 5. Выходные сигналы драйвера при разных методах управления

Следует учитывать, что при включении шунтирующего транзистора возникает бросок выходного тока. В семействе драйверов LM340x предусмотрено управление временем включения, и в них чрезмерного повышения тока при включении шунтирующего транзистора не наблюдается. Выходная емкость светодиодов должна быть достаточно малой, чтобы скорость переключения была максимальной.

Недостатком схемы с шунтирующим транзистором является более низкая эффективность. Когда шунтирующий транзистор включен, рассеиваемая мощность, которая равна VSHUNT DEVICE ×× ILED, рассеивается в виде тепла. Для минимизации этих потерь следует использовать транзистор с весьма низким значением сопротивления канала во включенном состоянии RDS-ON.

Драйвер светодиода LM3409 с многофункциональной регулировкой яркостью

Микросхема LM3409 компании National Semiconductor — это драйвер светодиодов, который обеспечивает несколько вариантов аналоговой и ШИМ-регулировки яркости. Возможны четыре способа реализации регулировки яркости светодиодов с помощью этого устройства.

1. Аналоговая регулировка с помощью непосредственной подачи напряжения на вывод IADJ от источника напряжения 0…1,24 В.

2. Аналоговая регулировка с помощью потенциометра, включенного между выводом IADJ и GND.

3. ШИМ-регулировка с помощью вывода разрешения.

4. ШИМ-регулировка с помощью внешнего шунтирующего транзистора.

На рисунке 6 показана схема включения драйвера LM3409 при аналоговой регулировки яркости с помощью потенциометра. Внутренний источник тока 5 мкА создает падение напряжения на сопротивлении RADJ, который в свою очередь изменяет порог чувствительности внутреннего тока. В качестве альтернативы на вывод IADJ можно непосредственно подать постоянное напряжение от источника.

Рис. 6. Схема включения LM3409 при аналоговой регулировки яркости

На рисунке 7 показан график зависимости измеренного значения тока светодиода от сопротивления потенциометра, включенного между выводом IADJ и GND. Пологий участок зависимости при величине тока 1 А соответствует максимальному номинальному току светодиода, установленному резистором RSNS, как показано на рисунке 4.

Рис. 7. Зависимость тока светодиода от сопротивления потенциометра

На рисунке 8 показано измеренное значение тока светодиода как функция постоянного напряжения на выводе IADJ. Заметим, что максимальное значение тока светодиода равно току, установленному с помощью RSNS.

Рис. 8. Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ

Оба режима являются простыми в реализации и обеспечивают линейную шкалу регулировки вплоть до уровня порядка 10% от максимального значения яркости светодиода.

Заключение

Существует несколько методов регулировки яркости светодиодов для импульсных стабилизаторов. Два основных метода — аналоговая и ШИМ-регулировка, имеют свои преимущества и недостатки. ШИМ-регулировка позволяет существенно уменьшить отклонение цвета светодиодов при изменении уровня яркости свечения, однако требует использования дополнительной логики для формирования ШИМ-сигналов. Аналоговая регулировка яркости использует более простую схему, однако может быть неприемлема в приложениях, требующих поддержание постоянной цветовой температуры светодиодов.

Литература

1. Rich Rosen, Dimming Techniques for Switched-Mode LED Drivers//Power Designer, №126



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Рич Розен (Rich Rosen), инженер технической поддержки, National Semiconductor



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2014 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты