Для достижения максимального преимущества от использования светодиодов необходимо применение специализированных устройств – светодиодных драйверов (LED-драйверов), которые дают возможность повысить как эффективность использования светодиодов, так и надежность устройств, а также увеличить срок эксплуатации светотехнического оборудования.
В статье рассматриваются разновидности LED-драйверов [1-3]. Это драйверы, поддерживающие работу с симисторными регуляторами яркости свечения светодиодов, драйверы, ориентированные на применение в автомобильном оборудовании и светодиодных рекламных витринах, а также для подсветки экранов смартфонов и телевизоров.
Микросхема (ИМС) LYT7503D семейства LYTSwitch-7 (Power Integrations) – понижающий AC/DC-преобразователь, содержащий активный корректор коэффициента мощности (PF > 0.9). Структура драйвера светодиодов, созданного наоснове этой ИМС, приведена на рис. 1 [1].
Пожалуй, основное отличие этого драйвера от многочисленных аналогичных заключается в том, что его можно применять совместно с регуляторами напряжения, созданными на базе симисторов, с т.н. TRIAC-регуляторами (TRIAC-диммерами). Множество таких регуляторов было выпущено еще до того, как было освоено массовое производство светодиодов и светильников на их базе. Одной из ключевых проблем является совместимость светодиодных светильников с TRIAC-регуляторами, которые изначально не предназначались для электропитания LED-ламп. Тем не менее, в настоящее время выпускается ряд ИМС, которые могут использоваться с симисторными регуляторами напряжения. Одна из них – LYT7503D. Эта ИМС совместима с TRIAC-регуляторами мощностью до 22 Вт. Максимально допустимое напряжение встроенного ключевого МОП-транзистора составляет 735 В, что обеспечивает защиту от перенапряжений в линии. Напряжение питания драйвера 90…308 В переменного тока. Внешний вид драйвера приведен на рис. 2 [2].
Рис. 1. Структура драйвера светодиодов, созданного на базе ИМС LYT7503D
Рынок светодиодных изделий для автомобильной индустрии постоянно развивается и практически каждое светотехническое устройство в автомобиле содержит LED-драйвер. В зависимости от приложения в ряде случаев вместо импульсных предпочтительнее использовать линейные драйверы. Во многом выбор типа драйвера зависит от места расположения устройства в автомобиле (например, снаружи или внутри салона), т.к. от этого при прочих равных условиях зависит эффективность его охлаждения. Драйвер светодиодов, размещенный в автомобильных фарах, должен поддерживать работу как в режиме повышения, так и понижения напряжения, что зависит от условий эксплуатации автомобиля. Кроме того, автомобильные LED-драйверы должны надежно работать в широком диапазоне значений напряжения питания энергосистемы автомобиля. В большинстве случаев существенные изменения напряжения возникают при отключении аккумулятора и работающем генераторе.
Рис. 2. Драйвер светодиодов на базе
микросхемы LYT7503D
S6BL112A (Cypress) – одноканальный синхрон-ый импульсный понижающий LED-драйвер с программируемой на аппаратном уровне частотой переключения (FOSC) от 0.2 до 2.1 МГц. Диапазон входных напряжений 4.5…42 В, что гарантирует надежную работу драйвера в экстремальных условиях эксплуатации автомобиля, например, при холодном запуске двигателя. Максимальный выходной ток 2 А. Сопротивление выходных транзисторных ключей 150…200 мОм. Драйвер также обеспечивает регулировку яркости свечения светодиодов. Структура драйвера S6BL112A приведена на рис. 3. Микросхемы изготавливаются в корпусе типа 16-TSSOP (4.4×5.0 мм).
Светодиодные универсальные модули форматом 16×16 широко используются в LED-дисплеях, ориентированных на применение в наружных рекламных щитах, информационных табло, уличных указателях разного назначения и пр. LED-дисплеи и LED-экраны, созданные на базе светодиодных модулей, отличаются большой надежностью и долговечностью. Их основные преимущества – высокая яркость, устойчивость к неблагоприятным метеорологическим условиям, возможность использования в дневное и ночное время.
Рис. 3. Структура драйвера светодиодов,
созданного на базе S6BL112A
LED-дисплеи предназначены как для визуализации статических картинок, так и для отображения анимационного видео. Дисплеи могут быть выполнены в одно-, двух- или полноцветном варианте. Бегущая строка – это также удобный и широко применяемый недорогой вид рекламы. Многие фирмы используют бегущую строку как дополнение к оригинальной рекламной вывеске, или даже для ее замены. Высокая скорость передачи данных и, по сути, высокая скорость обновления представленной информации, а также удобство ее восприятия делают бегущую строку мощным и сравнительно недорогим рекламным инструментом. Еще одно немаловажное преимущество электронных рекламных экранов – это низкие эксплуатационные затраты и энергоэффективность. Светодиоды экономичнее традиционных ламп накаливания приблизительно в 8 раз.
Рис. 4. Структура матричного драйвера
светодиодов на базе ИМС MAX7219
Пример структуры драйвера, реализованной на базе микросхем MAX7219 компании Maxim Integrated, приведен на рис. 4. Комбинированный LED-драйвер объединяет четыре микросхемы MAX7219, управляющие работой 256 светодиодов в матрице форматом 16×16. Напряжение питания 7…12 В, ориентировочная мощность потребления 7 Вт.
Для подсветки экранов смартфонов широко применяются малогабаритные высокочастотные импульсные DC/DC-преобразователи, что позвляет более эффективно использовать ресурс батареи питания и уменьшить площадь печатной платы. LED-драйвер типа AS3492 предназначен для управления светодиодами по пяти каналам (всего 10 светодиодов). Частота преобразования 2 МГц, индуктивность внешней катушки всего 4.7 мкГн, КПД – 86%, выходной ток по каждому каналу до 25 мА. Структура драйвера AS3492 приведена на рис. 5.
В драйвере реализована защита от короткого замыкания, обрыва цепи светодиодов и перенапряжений. Микросхемы AS3492 изготавливаются в корпусе типа WL-CSP размерами всего 1.7×1.4×0.5 мм с шагом выводов 0.4 мм и предназначены для эксплуатации в диапазоне температур -30…85 °C. Драйвер управления подсветкой AS3492 разработан специально для применения в мобильных телефонах, смартфонах и цифровых фото- и видеокамерах.
Рис. 5. Структура драйвера светодиодов
на базе микросхемы AS3492
Неотъемлемая часть жидкокристаллических дисплеев, в том числе, и телевизоров – LED-подсветка. Использование для подсветки в телевизорах, мониторах и ноутбуках светодиодов взамен люминесцентных ламп с холодным катодом позволяет существенно снизить их уровень энергопотребления.
MC34844 компании NXP Semiconductor – одна из микросхем, предназначенных для применения в светодиодных драйверах для подсветки малых и средних по размеру LCD-панелей. Эта микросхема ориентирована на применение в портативных устройствах с низким энергопотреблением: мониторах и HDTV с размером по диагонали 10…20 дюймов, персональных компьютерах и ноутбуках, GPS-приемниках и пр.
Рис. 6. Структура LED-драйвера на базе ИМС MC34844
С помощью драйвера MC34844 возможно реализовать управление светодиодами по 10 параллельным каналам (всего до 160 LED). Напряжение питания 7…28. Повышающий DC/DC-преобразователь обеспечивает выходное напряжение (до 60 В) необходимое для подключения цепочки последовательно включенных светодиодов. Максимальная частота переключения 1200 кГц, максимальный выходной ток по каждому из каналов 80 мА, КПД – 90%. Параметры драйвера MC34844 устанавливаются на программном уровне с использованием интерфейса I2C/SM-bus. В драйвере MC34844 предусмотрена защита светодиодов от перегрева, короткого замыкания, а также обрыва цепи светодиодов. Кроме того, в микросхеме реализована защита от перенапряжения, перегрузки по току и пониженного напряжения. Микросхемы изготавливаются в корпусе типа 32-TQFN-EP размерами 5.0×5.0×1.0 мм и предназначены для эксплуатации в диапазоне температур -40…105 °C. Пример структуры LED-драйвера на базе MC34844 приведен на рис. 6.
Дополнительную информацию о драйверах светодиодов можно найти в [1-4].
ЛИТЕРАТУРА
1. Different ways to use led drivers. – Electronic Design.
2. LYT7503-7504. LYTSwitch-7 family phase-cut dimmable single-stage led driver IC with combined PFC and constant current output for buck topology.
3. AS3492 Highly efficient 2-10 LEDs backlight driver with 2 PWM inputs.
4. 34844 10 channel LED backlight driver with integrated power supply.
Лайкнути
Твітнути