Способы подключения мощных светодиодов к драйверам серии RCD-24, часть 3

В статье рассмотрены спо­собы подключения мощных светодиодов к драйверам се­рии RCD-24, обеспечивающие возможность регулировки яр­кости их свечения.

Г. Местечкина

Приведенные в [1] схемы подключения мощных светодиодов к драйверам серии RCD-24 не обеспечивают возможность управ­ления яркостью свечения светодиодов. Вари­анты решения этой задачи приведены в третьей, заключительной части статьи [2].

Компенсация потери яркости свечения светодиода

В то время как температурный сенсор мо­жет быть использован в цепи управления для поддержания постоянной температуры свето­диода, о чем шла речь во второй части статьи [1], сенсор яркости света можно использовать для поддержания постоянной яркости его свечения.

Все светодиоды в процессе эксплуатации со временем теряют световую эффективность (рис. 1). Так, через 2-2.5 тысячи часов работы яркость свечения светодиодной лампы снизит­ся примерно на 5%. Поэтому для поддержания постоянства светоотдачи лампы в течение длительного времени можно в начале ее эксплуа­тации установить выбором соответствующего напряжения управления на входе “Ana” драй­вера RCD-24 ток через светодиоды лампы на уровне 95% номинального значения.

Рис. 1. Изменение светоотдачи светодиода в процессе эксплуатации

Затем, используя сенсор яркости, например, вклю­ченный в цепь обратной связи фотодиод, мож­но произвести, как показано на рис. 2, авто­матическую компенсацию потери яркости свечения светодиодов соответствующим уве­личением протекающего через них тока. Вы­воды фотодиода должны быть подсоединены на минимальном расстоянии от светодиодов для предотвращения внесения помех в цепь обратной связи. Сопротивление резистора Rf должно быть выбрано так, чтобы в случае, если подключена новая светодиодная лампа, напряжение на выходе усилителя, выполнен­ного на rail-to-rail ОУ ICL7611, было равно около 200 мВ.

Рис. 2. Светочувствительный датчик в цепи обратной связи

Эта же идея может быть модифицирована, если необходимо поддерживать постоянство установленной яркости свечения, а также обес­печивать возможность ее регулировки. Драйве­ры светодиодов серии RCD-24 позволяют объ­единить обе функции благодаря наличию двух входов управления, которые можно использо вать одновременно. Так, аналоговый вход (“Ana”) можно использовать для компенсации потери светоотдачи светодиодов, в то время как через вход ШИМ (“PWM”) можно выполнять независимую регулировку яркости их свечения, как показано на схеме рис. 3, рекомендуемой для этой цели специалистами-разработчиками компании Recom. Выбор номиналов сопротивле­ний и емкостей может быть оптимизирован для индивидуальных требований потребителя.

Рис. 3. Светочувствительный сенсор в цепи обратной связи с регулировкой яркости свечения

Другим довольно широко применяемым ре­шением является использование в цепи обрат­ной связи датчика освещенности окружающей среды. При этом предусматривается не обеспече­ние постоянства светоотдачи светодиода, а изме­рение уровня освещенности окружающей среды и регулировка тока через светодиод со снижени­ем яркости его свечения по мере увеличения яр­кости дневного света так, чтобы обеспечивалась постоянная освещенность помещения (рис. 4).

Рис. 4. Сенсор освещенности окружающей среды в цепи обратной связи

Широко распространенным недорогим сен­сором освещенности являются фоторезисторы LDR (Light Dependent Resistor), сопротивление которых изменяется в зависимости от уровня их освещенности. LDR-резисторы имеют ли­нейную зависимость их сопротивления от уров­ня освещенности (R = Lux • e-b, где R — сопротив­ление LDR-резистора, Lux – уровень его осве­щенности, а b – показатель степени, характери­зующий чувствительность фоторезистора).

Такой резистор можно устанавливать в цепи смещения на входе аналогового управле ния драйвера серии RCD-24 для регулировки яркости свечения светодиодов в зависимости от освещенности окружающей среды.

Другие решения с применением драйверов светодиодов серии RCD-24

Для регулировки яркости свечения под­ключенных к выходу драйвера RCD-24 свето­диодов можно использовать аналоговый вход управления драйвером (рис. 5, а), изменяя уровень управляющего напряжения в преде­лах от 4.5 В до нуля (рис. 5, б).

Рис. 5. Регулировка яркости свечения изменением напряжения на аналоговом входе драйвера (а) и зависимость выходного тока драйвера от уровня напряжения управления на этом входе (б)

Схема работает следующим образом: если напряжение управления на входе схемы изме­няется в пределах от 0 до 10 В, то при 10 В вы­ходной ток драйвера и сила света должны быть максимальными, а при нулевом уровне свечение должно отсутствовать. Для выполне­ния этих условий между управляющим вхо дом драйвера и входом схемы установлен ин­вертирующий усилитель, выполненный на rail-to-rail ОУ, на неинвертирующий вход ко­торого с помощью резистивного делителя R4=120 и R5=100 кОм подается напряжение смещения 2.25 В. Если напряжение на входе схемы равно 0, то на выходе ОУ устанавлива­ется напряжение 4.5 В. При входном напря­жении 10 В на резисторе R2 резистивного дели­теля из сопротивлений R1=1.2 кОм, R2=1 кОм устанавливается напряжение 4.5 В, а напря­жение на выходе ОУ равно нулю. При измене­нии напряжения на входе схемы в пределах от 0 до 10 В усилитель находится в активном ре­жиме.

Незначительная модификация схемы поз­воляет использовать диапазон регулировки управляющего напряжения в пределах от 1 до 10 В, когда при напряжении на входе схемы 1 В свечение отсутствует, а при напряжении 10 В сила света максимальна.

Схема аналогична описанной выше (рис. 5, а), отличия состоят в том, что на неинвертирую­щем входе уровень напряжения смещения ра­вен 2.5 В (благодаря изменению сопротивле­ния резистора R4 со 120 на 100 кОм), а сопро­тивление резистора R1 делителя на входе схе­мы изменено с 1.2 на 1 кОм).

Аналоговая регулировка яркости свечения светодиодов с использованием потенциометра

На рис. 6, а представлена схема регулиров­ки яркости свечения светодиодов с использо­ванием потенциометра, являющегося одним из элементов делителя. Если напряжение пи­тания драйвера RCD-24 нестабильно (напри­мер, при питании от аккумулятора), управ­ляющее напряжение необходимо стабилизиро­вать, для чего можно использовать стабилит­рон. В случае, если требования к точности устанавливаемой силы света достаточно жест­кие, можно применить стабилизированный ис­точник напряжения 5 В (рис. 6, б).

Рис. 6. Регулировка яркости свечения с использованием потенциометра при нестабилизированном источнике питания с использованием стабилитрона (а) или дополнительного стабилизированного источника напряжения в цепи управления драйвером (б)

ШИМ-управление драйвером RCD-24 по аналоговому входу

Управление по аналоговому входу драйвера светодиодов RCD-24 можно выполнять и с ис­пользованием ШИМ-сигнала (рис. 7). Это поз­воляет обойти ограничение по частоте ШИМ- сигнала, лимитированной согласно data sheet для сигнала, подаваемого на вход ШИМ-управления выходным током драйвера. Кроме того, это полезно в случае применения микро­контроллера, имеющего ШИМ-выход и по­строенного на содержащихся в нем таймерах. Это обеспечивает возможность формирования на его выходе низкочастотного ШИМ-сигнала.

Неудобство применения этого метода со­стоит в том, что время реакции светодиодов на изменения в управляющем сигнале достаточно велико и определяется постоянной времени RC-цепи, установленной на входе аналогового управления драйвером.

Рис. 7. Регулировка яркости свечения ШИМ-сигналом по аналоговому входу управления драйвером

Генераторы ШИМ с ручным управлением

Преимуществом ШИМ-сигнала является то, что он может быть передан на достаточно большое расстояние без потерь и мало подвер­жен влиянию внешних излучений.

Иногда бывает полезно иметь возможность ручного управления (например, с использова­нием потенциометра для регулировки скваж­ности ШИМ-сигнала).

Рис. 8. Схемы регулировки яркости с использованием ШИМ-генератора, построенного на компараторе: с управлением скважностью ШИМ-сигнала с использованием потенциометра (а) или источника постоянного напряжения (б)

На рис. 8 приведены примеры схем, обес­печивающих возможность создания ШИМ-ге­нераторов для управления драйверами свето­диодов серии RCD-24.

Далее в статье представлены схемотехниче­ские решения по независимому управлению несколькими цепями включенных последова­тельно светодиодов, включению аварийного освещения, подключению светодиодов с раз­личным цветом свечения для создания мик­шированного светового RGB-потока с исполь­зованием драйвера светодиодов серии RCD-24.

Схема включения цепей светодиодов со стабилизацией тока

Схема (рис. 9) предназначена для автоном­ного включения четырех цепей светодиодов.

Рис. 9. Схема включения цепей светодиодов

Стабилизация токов в них осуществляется с помощью драйвера. Яркость свечения свето­диодов можно регулировать, подавая ШИМ- сигнал на вход “PWM” драйвера.

Включение любой цепи светодиодов осу­ществляется с помощью мощных полевых транзисторов подачей управляющего напря­жения 5 В на соответствующий вход “Вкл. цепи 1″…”Вкл. цепи 4”. Управляющее напря­жение кроме затвора полевого транзистора по­дается на входы инвертирующего сумматора, построенного на ОУ типа 1CL7611. Подключе­ние каждой новой цепи сопровождается скач­кообразным снижением напряжения на выхо­де ОУ на 1.1 В и, как следствие, увеличением выходного тока драйвера на 250 мА.

Схема регулировки яркости подсветки дисплеев

С помощью трех переключателей, “А”, “В” и “С”, и цепочечной схемы R-2R напряжение на входе “Ana” драйвера можно изменять от нуля до 4.5 В с шагом 0.64 В. При этом выход­ной ток драйвера изменяется от нуля до 700 мА с шагом 100 мА. Переключатели мож­но заменить ключами, управляемыми логиче­скими сигналами.

Преимущества такой схемы (рис. 10) по сравнению со схемой рис. 9 состоят в том, что в ней отсутствуют активные компоненты, а чис­ло звеньев цепочечной схемы может быть уве- личено, если необходимо более высокое разре­шение. Схемы R-2R доступны на рынке в виде компактных модулей с однорядным располо­жением выводов (SIP).

Такая схема часто используется для регули­ровки яркости подсветки дисплеев, поскольку восьми уровней яркости достаточно для боль­шинства приложений.

Рис. 10. Схема регулировки яркости подсветки дисплеев

Схема аварийного освещения, выполненная на светодиодах

Схема (рис. 11) предназначена для включе­ния аварийного освещения при пропадании напряжения в сети электропитания. В каче­стве резервного источника питания в ней ис­пользуется свинцово-кислотный аккумулятор напряжением 12 В емкостью 10 А*ч.

Рис. 11. Схема аварийного освещения

Переменное напряжение 12 В с выхода трансформатора после выпрямления и фильтрации преобразуется в постоянное на­пряжение 16 В, поступающее на вход линей­ного стабилизатора напряжения типа L200CV. Стабилизатор выполняет две функ­ции: ограничивает поступающее на аккуму­лятор максимальное зарядное напряжение и протекающий через него максимальный за­рядный ток, что позволяет использовать одну и ту же схему как для зарядки разря­женного аккумулятора, так и для подзаряд­ки полностью заряженного аккумулятора в режиме резервирования. Выходное напряже ние стабилизатора установлено равным 13.8 В, а максимальный выходной ток – 1 A, что соответствует условиям зарядки аккуму­лятора. Диод на выходе стабилизатора пред­отвращает разряд аккумулятора при от­ключении питания и, поскольку напряжение обратной связи снимается после диода, нали­чие последнего не влияет на уровень выход­ного напряжения стабилизатора.

Переключатель на входе “On/Off” драйвера может быть установлен в одно из трех положе­ний:

“Off” (выключено). Вывод подключается к цепи питания 12 В через высокоомный рези­стор, ограничивающий входной ток драйвера на безопасном уровне. Такая схема позволяет исключить применение делителя напряже­ния, ток через который с течением времени мог бы разрядить аккумулятор.

“On” (включено). Вывод остается непод­ключенным (вход управления оставлен откры­тым). Светодиоды включены постоянно.

“Auto” (автоматически). При наличии напряжения в сети выходное напряжение трансформатора, отфильтрованное RC-це­пью (10 кОм, 10 мкФ), поступает на вход драйвера. Когда напряжение в сети исчеза­ет, напряжение на входе драйвера становит­ся равным нулю, что приводит к включению светодиодов.

Схема цветорегулятора RGBW

Схема цветорегулятора RGB, приведенная в data sheet на драйвер RCD-24, может быть мо­дифицирована для управления четырьмя све­тодиодами: красным (R), зеленым (G), си­ним (B) и белым (W), как показано на рис. 12.

Рис. 12. Схема цветорегулятора RGBW