Микросхемы «Ангстрем» для построения LED-драйверов

Константин Шеремет, Алексей Евстифеев, Алексей Таболкин

Процесс замены традиционных ламп накаливания на альтернативные источники света набирает темпы. Одним из вариантов является осветительный прибор на основе светоизлучающих диодов, обладающих рекордными показателями преобразования электрической энергии в световой поток. Достаточно сказать, что энергоэффективность по сравнению с лампами накаливания сопоставимой мощности выше в 13 раз, а по сравнению с люминесцентными лампами – в три раза.

Однако лампы накаливания обладают, как минимум, одним кардинальным преимуществом перед своими конкурентами: они одинаково хорошо работают как от переменного, так и от постоянного тока, и для их применения не требуется никаких дополнительных устройств, кроме стандартного патрона. Светодиоды, в свою очередь, требуют преобразования сетевого напряжения, что в значительной степени определяет стоимость светильников на их основе. В качестве такого преобразователя выступает LED-драйвер, который обеспечивает питание светодиодов стабильным током. Сердцем LED-драйвера является контроллер, который обеспечивает: стабилизацию тока в нагрузке, димминг, защитные функции (от короткого замыкания в нагрузке, перенапряжения).

В настоящее время мировой рынок контроллеров управления LED-драйверами прочно занимают фирмы, специализирующиеся в области производства продукции микроэлектроники: International Rectifier, Infineon, STMicroelectronics, ON Semiconductor, Supertex, Zetex Semiconductors и др. Не осталась в стороне и Россия. Так, в частности, ОАО «Ангстрем» (Зеленоград) уже не первый год проектирует и производит контроллеры управления LED-драйверами. При создании номенклатурного ряда контроллеров учитывался тот факт, что потребитель, имеющий опыт общения с продукцией зарубежных фирм и производственный задел конструктивных элементов на базе этой продукции, хотел бы при переходе на отечественную элементную базу этот задел использовать, не потеряв при этом в надежности и выиграв в цене. С учетом этого обстоятельства при проектировании по возможности использовались корпуса, аналогичные применяемым лидерами рынка. Цоколевка и функциональное назначение выводов также по возможности соответствовали принципу «pin-to-pin». Основные характеристики указанного ряда контроллеров приведены в таблице.

Таблица. Основные характеристики контроллеров

Микросхемы AN9910 и AN9910B можно рекомендовать для бюджетных светильников, AN9911 – для железнодорожных и автомобильных; AN9931 очень интересны для применения в офисном (высокий cosφ) и уличном (позволяет отказаться от применения электролитических конденсаторов) освещении; AN9961 имеет такую же цоколевку, как и AN9910, стабилизирует ток по среднему значению, что позволяет на той же печатной плате создать драйвер с очень высокими характеристиками.

Анализируя особенности каждого из приведенных в таблице контроллеров, можно заметить, что для An9910, An9910В, An9911, An9931 и An9961 не нормируется ток в нагрузке, представляющей из себя цепочку светодиодов. Это обстоятельство объясняется тем, что нагрузка к указанным контроллерам подключается через внешний MOSFET, который, в свою очередь, управляется ШИМ-сигналом от контроллера по выходу GATE. От величины резистора, включенного в исток MOSFETа и выполняющего функцию токового датчика, зависит скважность управляющего ШИМ-сигнала, что и определяет величину тока в нагрузке.

Другая группа контроллеров, в которую входят An9921, An9922 и An9923, имеет встроенный MOSFET, ШИМ-контроллер и токовый датчик. Выходной ток 20, 50 и 30 мА соответственно. Указанные контроллеры имеют трехвыводной корпус и в составе драйвера требуют минимального количества внешних компонентов. Возможно подключение длинных цепочек светодиодов. Микросхемы рекомендованы для применения в энергосберегающих лампах и лестничных светильниках.

Как видно из таблицы, контроллеры An9910, An9910В, An9911, An9931 и An9961 освоены в серийном производстве и могут быть заказаны потребителем. Тип корпуса указывается при оформлении заказа. Для технической поддержки потребителей разработаны демонстрационные платы и подробное описание на каждый тип контроллера. Внешний вид платы для контроллеров An9910 и An9910В приведен на Рисунке 1.

Рисунок 1.	Внешний вид платы для контроллеров An9910 и An9910В.

Платы имеют клеммы для подключения входного напряжения и нагрузки, а также коммутируемые перемычки для переключения режимов работы контроллера F = const и Toff = const. Контрольные точки позволяют увидеть диаграммы работы контроллера. При этом следует иметь в виду, что при питании от силовой сети 220 В необходимо соблюдать меры безопасности, так как схема гальванически не развязана с сетью. Это означает, что подключение любого измерительного оборудования, имеющего сетевое питание, возможно только в том случае, когда плата включена в силовую сеть через разделительный трансформатор. Принципиальная схема платы приведена на Рисунке 2.

Кликните для увеличения
Рисунок 2.	Принципиальная схема платы. ХР4, ХР5, ХР6 – контрольные точки; ХР1, ХР3 – джамперы. Номера выводов DA1, приведенные в скобках, соответствуют корпусу SOIC.

Литература

1. Евстифеев А. Ю. Практический опыт применения микросхемы Supertex HV9910 // Компоненты и технологии. 2009. № 12.
2. Cismasiu D. Single-stage PFC AC-DC converters. Department of Electrical and Electronics Engineering. University of Sibiu. Faculty of Engineering.
3. Lamar D. G., Zuniga J. S., Alonzo A. R., Gonzalez M. R., Alvarez M. H. A very simple control strategy for power factor correctors driving high-brightness LEDs. // Power Electronics. 2009. № 8 (24).