Драйвер цепочки мощных светодиодов из доступных компонентов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2018

Мощные светодиоды ставят перед инженерами сложные задачи разработки схем драйверов, в которых при максимально возможной простоте сочетались бы высокая точность и эффективность. Как правило, для точного токового управления цепочками мощных светодиодов требуются специальные импульсные регуляторы. В этой статье описан более простой, но такой же хороший способ, основанный на использовании вездесущей микросхемы 555.

В показанной на Рисунке 1 схеме преобразователя выводы 2 и 6 микросхемы IC₁ соединены вместе, что позволяет устройству перезапускать себя в каждом цикле. Таким образом, схема работает как автоколебательный генератор. В каждом цикле конденсатор C₂ заряжается через времязадающий резистор R₁ и разряжается через резистор R₂. Конденсатор заряжается до 2/3 напряжения питания – порогового уровня верхнего компаратора – за время 0.693(R₁C₂) и разряжается до 1/3 напряжения питания – порогового уровня нижнего компаратора – за время 0.693(R₂C₂). Общий период колебаний генератора T равен 0.693(R₁+R₂)C₂.

Рисунок 1.	В схеме, управляющей последовательной цепочкой светодиодов, использован автоколебательный генератор на таймере 555.

Когда транзистор открыт, энергия накапливается в дросселе L₁. После выключения транзистора накопленная энергия передается в конденсатор C₃ через диод Шоттки D₁.

Для расчета индуктивности дросселя можно использовать приведенные ниже формулы. Выбор дросселя зависит от входного и выходного напряжения, максимального тока, частоты переключения и наличия стандартных значений индуктивности. Как только вы узнаете индуктивность, вы можете выбрать диод и конденсатор.

MOSFET Q₁ определяет коэффициент заполнения согласно следующей формуле:

где

V_INMIN – минимальное выходное напряжение,
V_OUT – требуемое выходное напряжение,
η – КПД преобразователя, оцениваемый в 80%.

Средний ток дросселя равен

где

I_LAVG – средний ток дросселя,
I_O – выходной ток.

Пиковый ток дросселя равен

где

I_LPEAK – пиковый ток дросселя,
ΔI_L – изменение тока дросселя.

Предположим, что изменение тока дросселя относительно среднего значения составляет 25%. Индуктивность L₁ можно вычислить как

где F_OSC – частота генерации. Указанный в справочных данных ток насыщения дросселя должен быть больше пикового тока.

Чтобы обеспечить постоянство яркости свечения светодиодов, необходимо контролировать проходящий через них ток. Выходной ток схемы измеряется резистором R₃. Когда падение напряжения на резисторе достигает порогового напряжения база-эмиттер Q₂, транзистор начинает проводить ток, уменьшая время включенного состояния таймера 555.

Ток светодиодов определяется следующим выражением:

где

I_LED – ток светодиода,
R_SENSE – сопротивление токоизмерительного резистора.

Минимальное и максимальное входное и выходное напряжения этой схемы равны 10.5 В и 15 В, соответственно. Напряжение на цепочке светодиодов равно 21 В при токе 350 мА. 6-ваттный драйвер светодиодов может применяться во множестве приложений, включая карманные фонари, садовые светильники на солнечных батареях, автомобильное освещение и велосипедные фары. Использование общедоступных компонентов позволило сделать схему драйвера, простота которой не сказалась на уровне ее характеристик.

Материалы по теме