Um driver de LED simples em um único chip. ICs de driver de LED de alto brilho

A posição de liderança entre as fontes de luz artificial mais eficientes da atualidade é ocupada pelos LEDs. Isto é em grande parte um mérito de fontes alimentares de qualidade para eles. Ao trabalhar em conjunto com um driver devidamente selecionado, o LED manterá um brilho de luz estável por um longo tempo e a vida útil do LED será muito, muito longa, medida em dezenas de milhares de horas.

Assim, um driver de LED devidamente selecionado é a chave para uma operação longa e confiável da fonte de luz. E neste artigo tentaremos revelar o tópico de como escolher o driver certo para um LED, o que procurar e como são.

Um driver para LEDs é uma fonte de alimentação de tensão constante estabilizada ou corrente direta. Em geral, inicialmente é um driver de LED, mas hoje até fontes de tensão constante para LEDs são chamadas de drivers de LED. Ou seja, podemos dizer que a principal condição são as características estáveis ​​da fonte de alimentação DC.

Um dispositivo eletrônico (essencialmente um dispositivo estabilizado conversor de pulso) é selecionado para a carga necessária, seja um conjunto de LEDs individuais montados em uma cadeia serial ou um conjunto paralelo de tais cadeias, ou pode haver uma fita ou até mesmo um LED poderoso.

Uma fonte de alimentação de tensão constante estabilizada é adequada para fitas de LED ou para alimentar um conjunto de vários LEDs de alta potência conectados um de cada vez em paralelo - isto é, quando a tensão nominal da carga do LED é conhecida com exatidão e você apenas precisa selecionar uma fonte de alimentação para a tensão nominal na potência máxima correspondente.

Normalmente isso não causa problemas, por exemplo: 10 LEDs de 12 volts, 10 watts cada, exigirão uma fonte de alimentação de 12 volts de 100 watts, classificada para uma corrente máxima de 8,3 amperes. Resta ajustar a tensão de saída com a ajuda de um resistor regulador lateral e pronto.

Para montagens de LED mais complexas, especialmente quando vários LEDs são conectados em série, você não precisa apenas de uma fonte de alimentação com tensão de saída estabilizada, mas de um driver de LED completo - aparelho eletrônico com corrente de saída estabilizada. Aqui, a corrente é o parâmetro principal e a tensão de alimentação do conjunto de LED pode variar automaticamente dentro de certos limites.

Para um brilho uniforme do conjunto de LED, é necessário garantir a corrente nominal através de todos os cristais, no entanto, a queda de tensão através dos cristais pode ser diferente para LEDs diferentes (uma vez que os CVCs de cada um dos LEDs no conjunto diferem ligeiramente) , portanto a tensão não será a mesma em cada LED, mas a corrente deverá ser a mesma.

Os drivers de LED são produzidos principalmente para alimentação de uma rede de 220 volts ou de uma rede de bordo de um veículo de 12 volts. Os parâmetros de saída do driver são especificados em termos de faixa de tensão e corrente nominal.

Por exemplo, um driver com saída de 40-50 volts, 600 mA permitirá conectar quatro LEDs de 12 volts com potência de 5-7 watts em série. Aproximadamente 12 volts cairão em cada LED, a corrente através do circuito em série será exatamente 600 mA, enquanto a tensão de 48 volts cairá na faixa de operação do driver.

O driver de LED de corrente constante é bloco universal fonte de alimentação para conjuntos de LED, e sua eficiência é bastante alta, e aqui está o porquê.

A potência do conjunto LED é um critério importante, mas o que determina essa potência de carga? Se a corrente não fosse estabilizada, parte significativa da potência seria dissipada nos resistores equalizadores do conjunto, ou seja, a eficiência seria baixa. Mas com um driver que tenha estabilização de corrente, não são necessários resistores de equalização, portanto, como resultado, a eficiência da fonte de luz será muito alta.

Drivers de diferentes fabricantes diferem em potência de saída, classe de proteção e aplicação base do elemento. Via de regra, é baseado em, com estabilização de saída de corrente e com proteção contra curto-circuito e sobrecarga.

Alimentado pela rede elétrica corrente alternada 220 volts ou DC com tensão de 12 volts. Os drivers compactos de baixa tensão mais simples podem ser implementados em um único chip universal, mas sua confiabilidade é menor devido à simplificação. No entanto, essas soluções são populares no autoajuste.

Na hora de escolher um driver para LEDs, deve-se entender que o uso de resistores não evita interferências, assim como o uso de circuitos simplificados com capacitores de extinção. Quaisquer surtos de tensão passam por resistores e capacitores, e a característica IV não linear do LED será necessariamente refletida na forma de um surto de corrente através do cristal, e isso é prejudicial ao semicondutor. Os estabilizadores lineares também não são A melhor opção além disso, em termos de proteção contra interferências, a eficácia de tais soluções é menor.

É melhor que o número exato, a potência e o esquema de comutação dos LEDs sejam conhecidos antecipadamente, e todos os LEDs na montagem sejam do mesmo modelo e do mesmo lote. Em seguida, escolha um driver.

A faixa de tensões de entrada, tensões de saída e corrente nominal deve ser indicada na caixa. Com base nesses parâmetros, um driver é selecionado. Preste atenção à classe de proteção do case.

Para tarefas de pesquisa, por exemplo, drivers de LED não embalados são adequados; tais modelos estão amplamente representados no mercado hoje. Caso seja necessário colocar o produto em uma carcaça, a carcaça poderá ser fabricada pelo próprio usuário.

Andrey Povny

As vantagens das patas LED foram discutidas repetidamente. A abundância de feedback positivo dos usuários de iluminação LED, quer queira quer não, faz você pensar nas próprias lâmpadas de Ilyich. Tudo ficaria bem, mas quando se trata de custear a reforma de um apartamento em iluminação conduzida, os números são um pouco "estressantes".

Para substituir uma lâmpada comum de 75 W, existe uma lâmpada LED de 15 W e uma dúzia dessas lâmpadas precisam ser trocadas. Com um custo médio de cerca de US$ 10 por lâmpada, o orçamento é decente e não se pode descartar o risco de adquirir um “clone” chinês com ciclo de vida de 2 a 3 anos. Diante disso, muitos estão considerando autofabricação esses dispositivos.

A teoria de alimentar lâmpadas LED de 220V

Maioria uma opção de orçamento você pode montar com suas próprias mãos a partir desses LEDs. Uma dúzia dessas pequenas custam menos de um dólar e são tão brilhantes quanto uma lâmpada incandescente de 75W. Juntar tudo não é um problema, mas você não pode conectá-los diretamente à rede - eles queimarão. O coração de qualquer lâmpada LED é o driver de energia. Depende de quanto tempo e bem a lâmpada brilhará.

Para montar uma lâmpada LED de 220 volts com nossas próprias mãos, vejamos o circuito do driver de energia.

Os parâmetros de rede excedem significativamente as necessidades do LED. Para que o LED funcione na rede, é necessário reduzir a amplitude da tensão, a intensidade da corrente e converter a tensão CA em CC.

Para isso, utiliza-se um divisor de tensão com resistor ou carga capacitiva e estabilizadores.

Componentes de luz LED

Um circuito de lâmpada LED de 220 volts exigirá um número mínimo de componentes disponíveis.

• LEDs 3,3V 1W - 12 unid.;
• capacitor cerâmico 0,27uF 400-500V - 1 unid.;
• resistor 500kΩ - 1MΩ 0,5 - 1W - 1 sh.t;
• Diodo 100V - 4 peças;
• capacitores eletrolíticos para 330uF e 100uF 16V, 1 un.;
• regulador de tensão para 12V L7812 ou similar - 1 un.

Fazendo um driver de LED 220V com suas próprias mãos

O circuito condutor de gelo de 220 volts nada mais é do que uma fonte de alimentação comutada.

Como um driver de LED caseiro de uma rede de 220 V, considere a fonte de alimentação chaveada mais simples sem isolamento galvânico. A principal vantagem de tais esquemas é a simplicidade e a confiabilidade. Mas tenha cuidado na hora de montar, pois tal circuito não possui limite de corrente de saída. Os LEDs consumirão um ampere e meio prescrito, mas se você tocar os fios desencapados com a mão, a corrente chegará a dez amperes, e esse choque de corrente é muito perceptível.

O circuito de driver mais simples para LEDs de 220 V consiste em três estágios principais:

• Divisor de tensão por capacitância;
• ponte de diodos;
• estágio de estabilização de tensão.

Primeira cascata- capacitância no capacitor C1 com resistor. O resistor é necessário para a autodescarga do capacitor e não afeta o funcionamento do circuito em si. Seu valor não é particularmente crítico e pode variar de 100kΩ a 1MΩ com potência de 0,5-1W. O capacitor não é necessariamente eletrolítico para 400-500V (tensão de pico efetiva da rede).

Quando uma meia onda de tensão passa por um capacitor, ela passa corrente até que as placas estejam carregadas. Quanto menor for a sua capacidade, mais rápida será a carga completa. Com uma capacidade de 0,3-0,4 μF, o tempo de carregamento é de 1/10 do período de meia onda da tensão da rede. Em termos simples, apenas um décimo da tensão de entrada passará pelo capacitor.

Segunda cascata- ponte de diodo. Ele converte tensão CA em CC. Depois de cortar a maior parte da meia onda de tensão do capacitor, obtemos cerca de 20-24V DC na saída da ponte de diodos.

Terceira cascata– filtro estabilizador de suavização.

Um capacitor com ponte de diodos atua como um divisor de tensão. Quando a tensão na rede muda, a amplitude na saída da ponte de diodos também muda.

Para suavizar a ondulação de tensão, conectamos um capacitor eletrolítico em paralelo ao circuito. Sua capacidade depende da potência da nossa carga.

No circuito driver, a tensão de alimentação dos LEDs não deve exceder 12V. Como estabilizador, você pode usar o elemento comum L7812.

O circuito montado da lâmpada LED de 220 volts começa a funcionar imediatamente, mas antes de conectar à rede isole cuidadosamente todos os fios desencapados e pontos de solda dos elementos do circuito.

Opção de driver sem estabilizador de corrente

Há um grande número de circuitos de driver para LEDs de uma rede de 220V na rede que não possuem estabilizadores de corrente.

O problema de qualquer driver sem transformador é a ondulação da tensão de saída e, portanto, o brilho dos LEDs. Um capacitor instalado após a ponte de diodos resolve parcialmente esse problema, mas não o resolve completamente.

Haverá uma ondulação com amplitude de 2-3V nos diodos. Quando instalamos um regulador de 12V no circuito, mesmo levando em consideração a ondulação, a amplitude da tensão de entrada ficará acima da faixa de corte.

Diagrama de tensão em um circuito sem estabilizador

Diagrama em um circuito com estabilizador

Portanto, um driver para lâmpadas de diodo, mesmo montado por você mesmo, não será inferior em termos de pulsação a unidades semelhantes de lâmpadas caras fabricadas em fábrica.

Como você pode ver, montar um driver com as próprias mãos não é particularmente difícil. Ao alterar os parâmetros dos elementos do circuito, podemos variar os valores do sinal de saída em uma ampla faixa.

Se você deseja montar um circuito de refletor LED de 220 volts baseado em tal circuito, é melhor converter o estágio de saída para 24V com um estabilizador apropriado, já que a corrente de saída do L7812 é de 1,2A, isso limita a potência de carga para 10W. Para fontes de luz mais potentes, você precisa aumentar o número de estágios de saída ou usar um estabilizador mais potente com corrente de saída de até 5A e instalá-lo em um radiador.

Hoje, dificilmente você encontra um dispositivo eletrônico que não utilize diodos emissores de luz. Esses dispositivos têm ampla aplicação em diversos dispositivos: desde lanternas até displays OLED, que, segundo especialistas, em breve substituirão os painéis LCD e plasma. Os LEDs estão sendo cada vez mais usados ​​em sistemas de iluminação pública e residencial. Isto se deve a uma série de vantagens inerentes aos LEDs, incluindo: alta eficiência, alto brilho específico e custo relativamente baixo.

Porém, o LED é um dispositivo muito sensível à qualidade da tensão de alimentação. Para aproveitar ao máximo todas as possibilidades dos LEDs, é necessário organizar adequadamente o sistema de alimentação. Caso contrário, poderá ocorrer uma redução significativa na vida útil do dispositivo ou até mesmo sua falha. Além disso, a introdução cada vez maior de tecnologias de economia de energia exige uma alta eficiência do circuito de alimentação. Assim, fica claro que a criação sistema ideal alimentar LEDs é uma tarefa de circuito complexa. Em dispositivos portáteis alimentados por bateria, como laptops, PDAs, Celulares, câmeras, MP3 players, esse problema é especialmente grave devido ao tempo limitado de operação do elemento de potência. As características limitantes adicionais desta classe de dispositivos são o seu tamanho compacto e a ausência da necessidade de resfriamento ativo.

A Texas Instruments oferece uma ampla família de drivers de LED para uso em diversas aplicações, como: Iluminação LED alto poder, monitores, pequenos dispositivos, etc. No site do fabricante você encontra diversos exemplos de uso desses dispositivos.

Como pode ser visto na Tabela 1, os dispositivos oferecidos pela TI permitem resolver uma ampla gama de tarefas que surgem ao projetar equipamentos portáteis: organizar um circuito de alimentação para um único LED (por exemplo, um indicador de energia), grupos de LEDs (teclado retroiluminação) ou painéis OLED (retroiluminação LCD).

Tabela 1. Chips para uso em equipamentos portáteis

A alta frequência de operação dos dispositivos permite reduzir significativamente as dimensões dos indutores utilizados, o que reduz as dimensões gerais dos conversores de pulso.

A maioria desses microcircuitos é baseada em um conversor boost (também conhecido como conversor de segundo tipo). Um circuito típico de tal conversor consiste em um indutor de armazenamento, um transistor de potência, um diodo retificador e um capacitor de filtro (ver Fig. 1a).

Arroz. 1. Diagrama simplificado de um conversor com diodo Schottky (a) e conversor síncrono (b); (sistema de controle SU)

A vantagem de tal esquema é a sua simplicidade e eficiência relativamente alta.

A eficiência de tal conversor pode ser aumentada ainda mais usando um transistor MOS em vez de um diodo retificador, que opera em sincronia com o transistor principal. O aumento na eficiência se deve ao fato de tal transistor possuir maior condutividade de canal que um diodo, portanto, possui menor queda de tensão nas mesmas correntes de operação. Além do mais, esta opção permite que você gere mais resultados baixa voltagem. Tal circuito é chamado de conversor síncrono (ver Fig. 1b).

Esta versão do circuito tem uma séria desvantagem - uma conexão galvânica entre a entrada e a saída. Porém, quando usado em dispositivos com alimentação própria, é insignificante.

O sistema de controle (CS) de tais conversores é geralmente baseado em um modulador de largura de pulso (PWM). Consiste em um gerador de tensão dente de serra, uma fonte de tensão de referência e um circuito de comparação.

Porque dispositivos desta série operam em uma frequência suficientemente alta, ao projetar placa de circuito impresso dispositivos devem levar em conta algumas limitações. O desenvolvedor precisa minimizar a distância entre o chip conversor e o indutor externo, usar indutores blindados magneticamente, usar capacitores cerâmicos NPO (em casos extremos, X5R) como capacitores de filtro. Isso reduzirá ao mínimo o nível de interferência e garantirá uma operação confiável do dispositivo em desenvolvimento.

Detenhamo-nos mais detalhadamente nas características dos drivers utilizados na tecnologia portátil.

Drivers projetados para conectar um LED

Esses microcircuitos podem ser usados ​​para conectar vários LEDs únicos em dispositivos alimentados por fontes de baixa tensão (bateria, acumulador).

TPS61029

Os chips fornecem energia para um LED de uma a três baterias alcalinas de níquel-cádmio, uma bateria de íon de lítio ou de polímero de lítio.

O conversor boost opera em uma frequência fixa. É baseado em um controlador PWM operando em modo síncrono, o que permite aumentar a eficiência. O valor da tensão de saída é definido por um divisor resistivo externo, mas por padrão é determinado por um resistor interno. No estado desligado, a carga está completamente desconectada da bateria. O microcircuito está equipado com proteção contra superaquecimento. Caso o divisor resistivo externo (R3R4) não esteja instalado, o valor da tensão de saída é definido pelo resistor interno e atinge seu valor máximo (ver Fig. 2).

Arroz. 2.

O microcircuito está equipado com um circuito de controle do nível de tensão da bateria: assim que o nível de tensão da bateria cair abaixo do valor predeterminado, o microcircuito gerará um sinal (LBO) que pode ser usado, por exemplo, como sinal de reset. O nível de tensão controlada é definido por um divisor resistivo externo.

Um método detalhado para calcular as classificações de componentes externos é fornecido na folha de referência do microcircuito.

As desvantagens do microcircuito incluem um número relativamente grande de elementos externos.

TPS61070

O dispositivo e a finalidade deste driver são semelhantes aos do chip TPS61029, mas foi projetado para uma corrente de carga um pouco menor. A frequência de operação é quase 2 vezes maior, o que permite a utilização de indutores menores. O microcircuito não possui um nó para monitorar o nível de tensão da bateria e um circuito de proteção contra sobretensão. Tudo isso reduz significativamente o tamanho do dispositivo. Este chip é a melhor solução para os dispositivos portáteis mais simples e baratos.

TPS61050

O dispositivo é um conversor boost de alta potência configurável via interface I 2 C. O driver é baseado em um conversor boost PWM síncrono de alta frequência. Requer um mínimo de componentes externos para operar. O fabricante afirma que apesar da potência impressionante para esta classe de dispositivos (corrente máxima de saída 1,5 A), todo o circuito conversor pode ser colocado em uma placa 5x5 mm, o que, no entanto, não é surpreendente, pois a frequência de conversão é de 5 MHz, com uma eficiência de 96%.

Embora este microcircuito esteja listado como driver de LED no catálogo do fabricante, sua potência é suficiente para alimentar outros componentes do dispositivo que são exigentes em termos de qualidade de energia.

Este chip é uma excelente solução para uso em dispositivos como viva-voz, fones de ouvido bluetooth e MP3 players. A capacidade de controlar a interface I 2 C permite configurar um parâmetro como volume, com pouco ou nenhum uso de ferramentas adicionais.

A interface I 2 C implementada neste chip e operando em velocidades de até 400 kB/s permite:

• definir os seguintes modos de operação: modo de suspensão, modo de estabilização de corrente de saída, modo de estabilização de tensão de saída;
• controlar o brilho do LED (nos modos contínuo e pulsado);
• controlar a tensão de saída;
• definir o temporizador de início suave.

No modo sleep, a corrente consumida pelo chip é de 0,3 μA. Neste caso, a saída do microcircuito LED é desconectada da carga para evitar vazamento adicional de corrente através da carga.

O chip está equipado com proteção contra sobretensão e superaquecimento.

Como qualquer outro dispositivo I 2 C-escravo, o TPS61050 requer um dispositivo I 2 C-mestre que, quando ligado, configuraria (alocaria um endereço I 2 C). Caso contrário, a configuração paramétrica do microcircuito torna-se impossível.

A presença de um ADC integrado permite que o mestre receba dados sobre o estado da carga. Tal como acontece com a configuração, isso é garantido pela troca de dados com registros internos através do barramento I 2 C.

Chips projetados para conectar vários LEDs

Esses dispositivos podem ser usados ​​para conectar grupos de LEDs, por exemplo, para implementar uma luz de fundo de teclado em um telefone celular.

TPS61160

Este dispositivo é um driver de LED com controle de brilho PWM. Contém integrado transistor de potência e é capaz de alimentar até dez LEDs conectados em série. Frequência de conversão 600 kHz. A corrente através dos LEDs é definida por um resistor externo Rset (ver Fig. 3).

Arroz. 3.

A corrente através dos LEDs pode ser alterada dinamicamente através do pino Ctrl usando a interface serial Easyscale TM de 1 fio. Você também pode controlar o brilho aplicando um sinal PWM ao pino Ctrl. Neste caso, o brilho dependerá do fator de preenchimento. Em qualquer modo, a corrente através dos LEDs não terá picos bruscos e o dispositivo não interferirá na faixa de frequência.

O microcircuito é fabricado em embalagem 2x2 mm, o que, aliado a um número mínimo de componentes externos e uma alta taxa de conversão, permite sua utilização em dispositivos miniatura como lanternas, celulares, navegadores GPS, etc.

TPS61165

Este microcircuito difere do dispositivo descrito acima por uma maior frequência de conversão, o que permite reduzir as dimensões do dispositivo.

O IC é um conversor Buck síncrono e alimenta de uma a cinco baterias de íon de lítio, níquel cádmio ou alcalinas.

O driver TPS62050 é baseado em PWM síncrono com transistores MIS de potência integrados. A frequência de conversão é de 850 kHz, mas é possível sincronizar a partir de um gerador externo com frequência de 600 a 1200 kHz.

No modo normal, o conversor opera em uma frequência fixa, o ciclo de trabalho dos pulsos PWM muda (de 100 a 10%). O microcircuito pode ser colocado no modo desligado. A mudança para o modo de baixo consumo de energia é automática com base no monitoramento da corrente de saída. O modo de desligamento é um pouco mais eficiente, mas este modo não é recomendado para uso em aplicações sensíveis a ruído. Se for utilizado um gerador externo, não é possível entrar no modo de baixo consumo de energia.

No modo sleep, o chip consome menos de 2 µA de corrente, o que permite aumentar a vida útil da bateria.

O chip está equipado com proteção contra superaquecimento e sobrecorrente. O número mínimo de componentes externos permite reduzir as dimensões do dispositivo final.

Um detector de nível de tensão da bateria também pode ser muito útil. O nível de tensão controlada é definido por um divisor resistivo conectado ao pino LBI. Deve-se observar que o sistema de controle do nível de tensão da bateria é ativado 500 µs após o dispositivo ser ligado. Um diagrama de fiação típico para o chip TPS62052 é mostrado na Figura 4.

Arroz. 4.

TPS63000

O chip é uma solução para alimentar de uma a três baterias de íon de lítio, níquel-cádmio ou alcalinas.

O driver é construído em um controlador PWM síncrono. A corrente de saída pode chegar a 1200 mA. A eficiência do conversor é de 96%. Possui um modo de baixo consumo de energia, que muda automaticamente.

A tensão de saída é definida por um divisor resistivo externo. Quando desligada, a carga fica completamente desconectada da bateria.

O TPS63000 contém quatro FETs integrados. Devido à grande corrente através dos interruptores, pode ocorrer uma mudança no potencial de terra. Portanto, ao projetar uma placa de circuito impresso, o fabricante recomenda o uso de dois barramentos de aterramento separados - energia e sinal (que devem então ser conectados em um ponto). Os interruptores de alimentação estão conectados ao PGND.

O microcircuito possui proteção contra superaquecimento e curto-circuito. Um modo de inicialização suave é fornecido.

Este dispositivo será útil para desenvolvedores de equipamentos portáteis potentes alimentados por várias baterias.

Drivers de painel OLED

Esses dispositivos incluem chips projetados especificamente para dispositivos que incorporam painéis OLED. Mas isso não limita seu escopo - eles podem ser usados ​​com sucesso em qualquer dispositivo que requeira chips com tais parâmetros.

TPS61080

Este chip é um conversor PWM assíncrono avançado. Contém integrado teclas de energia. Existe um sistema de proteção contra curto-circuito: neste caso, o interruptor de alimentação desconecta a carga da bateria. No estado desligado, a carga está completamente desconectada da bateria. A tensão de saída atinge 27 V.

A frequência operacional (600 ou 1200 kHz) é definida no pino FSW. O modo 600 kHz é mais eficiente em termos de aumento de eficiência, porém, a frequência de operação de 1200 kHz permite a utilização de indutores menores. O modo recomendado pelo fabricante é 1200 kHz.

O microcircuito possui proteção contra sobretensão e superaquecimento.

Para evitar o efeito de alteração do potencial de terra, o fabricante recomenda fazer dois trilhos de aterramento separados para circuitos de potência e de sinal.

Este microcircuito pode ser usado para alimentar painéis OLED, iluminar matrizes LCD e alimentar qualquer equipamento eletrônico a partir de várias baterias ou através de uma interface USB.

TPS61140

O microcircuito é um conversor boost com duas saídas (uma saída é corrente e a outra saída é tensão). A corrente e a tensão são definidas separadamente usando resistores externos. O microcircuito possui saídas de controle separadas para cada canal, o que permite utilizar os dois canais simultaneamente ou independentemente um do outro.

Quando apenas uma fonte de tensão é utilizada, o conversor opera no modo PFM (Pulse Frequency Modulation). Isso permite aumentar a eficiência do conversor. Se for utilizada uma saída de corrente, o microcircuito opera no modo PWM (frequência de conversão 1,2 MHz) para aumentar a corrente de saída.

O microcircuito possui interruptores de energia integrados. O microchip requer um mínimo de componentes externos.

É fornecida proteção contra superaquecimento e sobretensão, bem como um circuito de monitoramento do nível da bateria.

O microcircuito é a solução ideal especialmente para alimentar painéis OLED, retroiluminação de matrizes LCD em dispositivos portáteis como telefones celulares, câmeras digitais, PDAs. O segundo canal do microcircuito pode ser usado para alimentar outros elementos do circuito. Um diagrama de fiação típico para o chip TPS61140 é mostrado na Figura 5.

Arroz. 5.

Para a maioria dos instrumentos descritos acima, a Texas Instruments oferece módulos de avaliação. Os módulos estão equipados com tudo o que é necessário para se familiarizar com o funcionamento dos microcircuitos propostos. O módulo inclui um chip driver com componentes externos, um conjunto de interruptores que permitem alterar os modos de operação, LEDs para controle visual do dispositivo. Tais módulos permitem estudar as principais características dos drivers propostos, montar um layout de dispositivo com a ajuda deles e verificar seu funcionamento. Aparência O módulo de avaliação TPS61050EVM é mostrado na Figura 6.

Arroz. 6.

Chips projetados para uso em displays de LED

Esses microcircuitos podem ser utilizados em painéis informativos, painéis ticker e outros dispositivos com grande quantia LEDs. A lista de microcircuitos para uso em displays de LED é apresentada na Tabela 2.

Mesa 2. Chips para uso em displays LED

Hoje, os diodos emissores de luz são cada vez mais utilizados em sistemas de iluminação, substituindo gradativamente outras classes de dispositivos, como lâmpadas incandescentes, lâmpadas fluorescentes e lâmpadas halógenas desta área. Estes dispositivos podem ser utilizados para iluminar estruturas arquitetônicas, espaços interiores, em lanternas, etc.

Obviamente, o uso de drivers apropriados também é necessário aqui. Muitos dos dispositivos descritos acima são adequados para essa finalidade, mas a TI desenvolveu vários microcircuitos projetados para funcionar especificamente em sistemas de iluminação. A Tabela 3 lista CIs projetados especificamente para uso em sistemas de iluminação.

Tabela 3 Microcircuitos para uso em sistemas de iluminação

A Tabela 4 descreve alguns CIs de driver de LED para aplicações automotivas.

Tabela 4 Microcircuitos para uso em eletrônica automotiva

Conclusão

A grande variedade de drivers de LED oferecidos pela Texas Instruments fornece a solução ideal para todos os tipos de aplicações portáteis e sistemas de iluminação. Isto é conseguido através de uma combinação bem-sucedida dos parâmetros desses dispositivos e de um preço aceitável.

A alta confiabilidade inerente a todos os produtos da empresa garante uma longa vida útil dos dispositivos projetados. A alta eficiência de conversão permite maior vida útil da bateria. A alta frequência de conversão, aliada às pequenas dimensões dos chips e ao mínimo número de componentes externos, possibilitam a criação de dispositivos compactos.

Além disso, deve-se notar que nenhum fabricante oferece uma variedade tão grande de microcircuitos para essa finalidade como a Texas Instruments.

O uso generalizado de LEDs levou à produção em massa de fontes de alimentação para eles. Esses blocos são chamados de drivers. Sua principal característica é que eles são capazes de manter de forma estável uma determinada corrente na saída. Em outras palavras, um driver para LEDs é uma fonte de corrente para alimentá-los.

Propósito

Como o LED é um elemento semicondutor, a principal característica que determina o brilho de seu brilho não é a tensão, mas a corrente. Para que tenham a garantia de funcionar pelo número de horas declarado, é necessário um driver - ele estabiliza a corrente que flui pelo circuito de LED. É possível usar diodos emissores de luz de baixa potência sem driver, caso em que um resistor desempenha seu papel.

Aplicativo

Os drivers são utilizados tanto para alimentar um LED de uma rede de 220 V, quanto de fontes de tensão constante de 9 a 36 V. Os primeiros são utilizados na iluminação de ambientes com lâmpadas e fitas LED, os últimos são mais comuns em carros, faróis de bicicletas, lâmpadas portáteis , etc.

Princípio da Operação

Como já mencionado, o driver é uma fonte atual. Suas diferenças em relação a uma fonte de tensão são ilustradas abaixo.

A fonte de tensão cria uma certa tensão em sua saída, idealmente independente da carga.

Por exemplo, se você conectar um resistor de 40 ohms a uma fonte de 12 V, uma corrente de 300 mA fluirá através dele.

Se você conectar dois resistores em paralelo, a corrente total já será de 600 mA na mesma tensão.

O driver mantém uma determinada corrente em sua saída. A tensão pode mudar.

Também conectamos um resistor de 40 ohms ao driver de 300 mA.

O driver criará uma queda de 12 V no resistor.

Se você conectar dois resistores em paralelo, a corrente ainda será de 300 mA e a tensão cairá para 6 V:

Assim, o driver ideal é capaz de fornecer à carga a corrente nominal independente da queda de tensão. Ou seja, um LED com queda de tensão de 2 V e corrente de 300 mA acenderá tão intensamente quanto um LED com tensão de 3 V e corrente de 300 mA.

Características principais

Ao escolher, você precisa considerar três parâmetros principais: voltagem de saída, corrente e potência consumida pela carga.

A tensão de saída do driver depende de vários fatores:

• queda de tensão no LED;
• número de LEDs;
• método de conexão.

A corrente na saída do driver é determinada pelas características dos LEDs e depende dos seguintes parâmetros:

• Potência LED;
• brilho.

A potência dos LEDs afeta a corrente que consomem, que pode variar dependendo do brilho necessário. O motorista deve fornecer-lhes esta corrente.

A potência de carga depende de:

• potência de cada LED;
• sua quantidade;
• cores.

Em geral, o consumo de energia pode ser calculado como

onde Pled é a potência do LED,

N é o número de LEDs conectados.

A potência máxima do driver não deve ser menor.

Vale a pena considerar que para o funcionamento estável do driver e para evitar sua falha, deve ser fornecida uma margem de potência de pelo menos 20-30%. Ou seja, a seguinte relação deve ser válida:

onde Pmax é a potência máxima do driver.

Além da potência e da quantidade de LEDs, a potência da carga também depende de sua cor. LEDs de cores diferentes têm diferentes quedas de tensão na mesma corrente. Por exemplo, o LED vermelho XP-E tem uma queda de tensão de 1,9-2,4V a 350mA. A potência média consumida desta forma é de cerca de 750 mW.

O XP-E verde tem uma queda de 3,3-3,9V na mesma corrente e terá uma média de cerca de 1,25W. Ou seja, um driver projetado para 10 watts pode alimentar de 12 a 13 LEDs vermelhos ou de 7 a 8 verdes.

Como escolher um driver para LEDs. Maneiras de conectar LED

Digamos que existam 6 LEDs com queda de tensão de 2V e corrente de 300mA. Você pode conectá-los jeitos diferentes, e em cada caso você precisará de um driver com determinados parâmetros:

É inaceitável conectar 3 ou mais LEDs em paralelo desta forma, pois neste caso muita corrente pode fluir através deles, e como resultado eles irão falhar rapidamente.

Observe que em todos os casos a potência do driver é de 3,6 W e não depende da forma como a carga está conectada.

Assim, é mais conveniente escolher um driver para LEDs já na fase de aquisição deste, tendo previamente determinado o esquema de ligação. Se você primeiro comprar os próprios LEDs e depois selecionar um driver para eles, isso pode ser uma tarefa difícil, pois é provável que você encontre exatamente a fonte de alimentação que pode garantir a operação desse número específico de LEDs, incluídos em um determinado esquema, é pequeno.

Tipos

Em geral, os drivers de LED podem ser divididos em duas categorias: lineares e de comutação.

A saída linear é um gerador de corrente. Fornece estabilização da corrente de saída com tensão de entrada instável; além disso, o ajuste ocorre suavemente, sem criar interferência eletromagnética de alta frequência. Eles são simples e baratos, mas sua baixa eficiência (menos de 80%) limita seu escopo a LEDs e fitas de baixo consumo.

Pulso são dispositivos que criam uma série de pulsos de corrente de alta frequência na saída.

Normalmente eles operam com base no princípio da modulação por largura de pulso (PWM), ou seja, o valor médio da corrente de saída é determinado pela razão entre a largura dos pulsos e seu período (esse valor é chamado de ciclo de trabalho).

O diagrama acima mostra como funciona um driver PWM: a frequência do pulso permanece constante, mas o ciclo de trabalho varia de 10% a 80%. Isso leva a uma mudança no valor médio da corrente I cp na saída.

Esses drivers são amplamente utilizados devido à sua compacidade e alta eficiência (cerca de 95%). A principal desvantagem é o maior nível de interferência eletromagnética em comparação com as lineares.

Driver de LED 220V

Para inclusão na rede 220 V, são produzidos tanto lineares quanto pulsados. Existem drivers com e sem isolamento galvânico da rede. As principais vantagens do primeiro são alta eficiência, confiabilidade e segurança.

Sem isolação galvânica, costumam ser mais baratos, porém menos confiáveis ​​e exigem cuidados na conexão, pois existe a possibilidade de choque elétrico.

Motoristas chineses

A demanda por drivers de LED contribui para a sua produção em massa na China. Esses dispositivos são fontes de corrente pulsada, geralmente de 350 a 700 mA, geralmente sem caixa.

Driver chinês para led 3w

Suas principais vantagens são o baixo preço e a presença de isolamento galvânico. As desvantagens são as seguintes:

• baixa confiabilidade devido ao uso de soluções de circuito baratas;
• falta de proteção contra superaquecimento e flutuações na rede;
• alto nível de interferência de rádio;
• ondulação de alto rendimento;
• fragilidade.

Vida

Normalmente, a vida útil do driver é menor que a da parte óptica - os fabricantes dão garantia de 30 mil horas de operação. Isso se deve a fatores como:

• instabilidade da tensão da rede;
• flutuações de temperatura;
• nível de umidade;
• carga do motorista.

O elo mais fraco do driver de LED são os capacitores de suavização, que tendem a evaporar o eletrólito, especialmente em condições de alta umidade e tensão de alimentação instável. Como resultado, o nível de ondulação na saída do driver aumenta, o que afeta negativamente o funcionamento dos LEDs.

Além disso, o carregamento incompleto do driver afeta a vida útil. Ou seja, se ele for projetado para 150 W, e operar com carga de 70 W, metade de sua potência retorna para a rede, causando sobrecarga. Isso causa falhas frequentes de energia. Recomendamos ler sobre.

Circuitos de driver (microcircuitos) para LEDs

Muitos fabricantes produzem CIs de driver especializados. Vamos considerar alguns deles.

ON Semiconductor UC3845 é um driver de comutação com corrente de saída de até 1A. O circuito do driver para o LED de 10 W neste chip é mostrado abaixo.

Supertex HV9910 é um IC de driver de comutação muito comum. A corrente de saída não excede 10 mA, não possui isolamento galvânico.

Um driver atual simples neste chip é mostrado abaixo.

Instrumentos Texas UCC28810. Driver de impulso de rede, tem a capacidade de organizar o isolamento galvânico. Corrente de saída até 750 mA.

Outro chip desta empresa, um driver para alimentação de LEDs de alta potência LM3404HV, é descrito neste vídeo:

O dispositivo funciona segundo o princípio de um conversor ressonante Buck Converter, ou seja, a função de manter a corrente necessária é parcialmente atribuída ao circuito ressonante na forma de uma bobina L1 e um diodo Schottky D1 (um diagrama típico é mostrado abaixo) . Também é possível definir a frequência de chaveamento selecionando o resistor R ON .

O Maxim MAX16800 é um chip linear que opera em baixas tensões, então você pode construir um driver de 12 volts nele. A corrente de saída é de até 350 mA, portanto pode ser usada como driver de energia para LED poderoso, lanterna, etc. Existe a possibilidade de escurecimento. Um esquema e estrutura típicos são apresentados abaixo.

Conclusão

Os LEDs consomem muito mais energia do que outras fontes de luz. Por exemplo, exceder a corrente em 20% para uma lâmpada fluorescente não levará a uma grave deterioração no desempenho, enquanto para LEDs a vida útil será reduzida várias vezes. Portanto, você deve ter um cuidado especial ao escolher um driver para LEDs.

Provavelmente todo mundo, até mesmo um radioamador novato, sabe que para conectar um LED comum a uma fonte de energia, você precisa de apenas um resistor. Mas e se o LED for poderoso? Watt então 10. Como ser então?
Vou mostrar como fazer um driver simples para um LED potente com apenas dois componentes.

Para o driver estabilizador, precisamos:
1. Resistência -.
2. Chip - LM317 -.

Vantagens do LM317

• A faixa de estabilização de tensão é de 1,7 (incluindo a tensão do LED - 3 V) a 37 V. Uma excelente característica para motoristas: o brilho não flutua em nenhuma velocidade;
• Corrente de saída de até 1,5, você pode conectar vários LEDs poderosos;
  O estabilizador possui sistema de proteção integrado contra superaquecimento e curto-circuito.
• A alimentação negativa do LED no circuito de comutação é retirada da fonte de alimentação, portanto, quando fixada na carroceria do carro, o número de fios de montagem é reduzido, e a carroceria pode desempenhar o papel de um grande dissipador de calor para o LED .

Circuito driver de LED de alta potência

Se a potência do seu LED exceder 1 W, o chip deverá ser instalado em um radiador. Em geral, o LM317 é classificado para correntes de até 1,5.
Você pode alimentar nosso circuito com uma tensão de 3 a 37 volts. Concordo, você obtém uma gama sólida de nutrição. Mas quanto maior a tensão, mais o microcircuito aquece, lembre-se disso.