РадиоЛоцман - Все об электронике

Относительно простой способ реализации программируемого драйвера светодиодов

Analog Devices AD5686 ADA4500-2 ADR4520

Фото с сайта http://www.tektonministries.org/
Фото с сайта tektonministries.org.

Требования к энергоэффективности, устанавливаемые регулирующими органами, постоянно ужесточаются, поэтому светодиоды все чаще используются в качестве энергосберегающих источников света. Их преимущества перед обычными лампами очевидны: они потребляют меньше энергии, имеют более длительный срок службы и доступны в различных цветах. Например, благодаря светодиодам, самую большую церковь в мире, базилику Святого Петра в Риме, теперь можно увидеть в новом свете. Благодаря интеллектуальной системе управления даже мельчайшие детали его бесценных интерьеров могут быть подчеркнуты с помощью предустановленных сценариев освещения. Программируемые драйверы этих цифровых систем управления позволяют по желанию активировать каждый светодиод. На Рисунке 1 показан пример 3-канальной конфигурации драйвера светодиодов.

Упрощенная схема драйвера для управления тремя отдельными светодиодами.
Рисунок 1. Упрощенная схема драйвера для управления тремя отдельными светодиодами.

Каждое из трех выходных напряжений цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), в данном случае – AD5686 компании Analog Devices, управляет своим преобразователем напряжение-ток, в цепи нагрузки которого расположен отдельный для каждого канала светодиод. Все три каскада преобразователей сделаны на операционных усилителях (ОУ) ADA4500-2 и подключенных к ним MOSFET, управляющих токами светодиодов. Токи светодиодов теоретически могут достигать нескольких ампер, в зависимости от напряжения источника VS и сопротивления нагрузки, которое в данной схеме равно 2 Ом. Таким образом, очень важен выбор подходящего MOSFET.

Качество выходных напряжений ЦАП сильно зависит от источника опорного напряжения VREF. Следует использовать высококачественный источник опорного напряжения. Одним из примеров такого источника является микросхема ADR4520, показанная на Рисунке 1. Она обеспечивает очень низкий уровень шумов, исключительно высокую и долговременную точность и высокую температурную стабильность.

Из-за особенностей внутренней конструкции ADA4500-2, как и другие типичные rail-to-rail усилители, вносит определенную нелинейность и искажения типа «ступенька» Их входные каскады состоят из двух дифференциальных транзисторных пар, соединенных параллельно: каскада на p-n-p транзисторах (Q1 и Q2) и на n-p-n транзисторах (Q3 и Q4), как показано на Рисунке 2.

Упрощенная схема входного каскада rail-to-rail операционного усилителя на биполярных транзисторах.
Рисунок 2. Упрощенная схема входного каскада rail-to-rail операционного
усилителя на биполярных транзисторах.

В зависимости от приложенного синфазного напряжения две входные пары вносят разные напряжения смещения и токи смещения. Если на вход усилителя подается синфазное напряжение, отличающееся от отрицательного или положительного напряжения питания VS менее чем на 0.7  В, то активен будет только один из двух входных каскадов. В этом случае источником ошибки (напряжения смещения и тока смещения) будет только один соответствующий активный каскад. Если же напряжение поднимется до 0.8 В, будут активны оба входных каскада. Тогда напряжение смещения может резко измениться, что приведет к так называемым «искажениям типа ступенька» и нелинейности.

В отличие от этого, ADA4500-2 имеет на входной стороне встроенный зарядовый насос, что позволяет охватить диапазон входных сигналов от одной шины питания до другой без использования второй дифференциальной пары и, таким образом, избежать ступенчатых искажений. Другими преимуществами ADA4500-2 являются низкие составляющие напряжения смещения, тока смещения и шумов.

В таких схемах важно обращать внимание на индуктивность в цепи нагрузки, источником которой могут быть линии подключения светодиодов. Длина проводов часто достигает нескольких метров, что при отсутствии правильной компенсации может вызвать нежелательную генерацию. В этой схеме компенсация реализуется с помощью обратной связи, которая возвращает значение тока, измеренное шунтирующим резистором, на вход ОУ. Номиналы резисторов и конденсаторов, подключенных к ADA4500-2, следует подобрать в соответствии с фактическим значением индуктивности.

С помощью схемы, показанной на Рисунке 1, относительно легко реализуется многоканальный драйвер светодиодов, который с помощью ЦАП можно запрограммировать для точного управления освещением. Однако для правильной работы схемы важно адаптировать конструкцию устройства к конкретным требованиям приложения.

Заключение

Описанная в этой статье схема демонстрирует относительно простой способ создания программируемого драйвера светодиодов, идеально подходящего для приложений точного управления освещением, требующих компактного, масштабируемого, не требовательного к входному напряжению и высоколинейного источника питания. Однако размеры и конструкция платы должны быть адаптированы к требованиям приложения, чтобы избежать некорректной работы схемы из-за наличия индуктивности проводов и паразитной индуктивности.

Материалы по теме

  1. Datasheet Analog Devices AD5686
  2. Datasheet Analog Devices ADA4500-2
  3. Datasheet Analog Devices ADR4520

Analog Devices

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: A Relatively Easy Way to Realize a Programmable LED Driver

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

25 предложений от 19 поставщиков
IC DAC 16BIT SPI/SRL 16-TSSOP
ЭИК
Россия
AD5686ARUZ
Analog Devices
от 730 ₽
Элитан
Россия
AD5686RACPZ
Analog Devices
822 ₽
AD5686ARUZ
Analog Devices
по запросу
Зенер
Россия и страны ТС
AD5686ACPZ-RL7
Analog Devices
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя