Защита цепочек мощных светодиодов от перегрузки по току

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2018

Распространенным методом управления несколькими мощными светодиодами является использование двух параллельных цепочек. Эта недорогая и менее критичная к подбору компонентов схема драйвера способна обеспечивать более низкие напряжения. Однако драйвер должен быть в состоянии отдавать вдвое больший ток и нуждается в схеме, которая могла бы разделить его пополам, независимо от значений прямых напряжений светодиодов. Разброс прямых напряжений составляет 20%, и эти напряжения меняются с температурой, а также по мере старения светодиодов.

С этой задачей хорошо справляется токовое зеркало. Но если светодиод выходит из строя, это может привести к разрушительной перегрузке по току. Однако токовое зеркало может обеспечить частичную защиту двух параллельных цепочек, состоящих из любого количества мощных 350-миллиамперных светодиодов (Рисунок 1).

Рисунок 1.	Использование токового зеркала может надежно защитить от разрушительной токовой перегрузки две параллельные цепочки, состоящие из любого количества мощных 350-миллиамперных светодиодов.

Благодаря равенству напряжений 0.5 В, падающих на эмиттерных резисторах R₁ и R₂ с сопротивлениями 1.5 Ом и допусками 1%, схема способна поддерживать баланс токов двух цепочек с ошибкой порядка 2%. Падение напряжения на резисторе R₃ компенсирует несоответствие прямых напряжений светодиодов и удерживает рабочую точку транзисторов Q₁ и Q₂ в линейной области. Падение напряжения зависит от количества светодиодов в двух цепочках.

Если светодиод в Цепочке 2 выходит из строя, базовый ток транзисторов Q₁ и Q₂ прерывается, и они закрываются. Таким образом, все светодиоды Цепочки 1 автоматически будут защищены от перегрузки по току. Но при обрыве в Цепочке 1 схема эту функцию не выполняет, поскольку весь ток драйвера 700 мА пойдет в Цепочку 2, и ее необходимо как-то защитить. Добавив всего три компонента, эту проблему можно решить (Рисунок 2).

Рисунок 2.	При обрыве светодиода в Цепочке 1 весь ток драйвера 700 мА пойдет через Цепочку 2, что требует какой-то формы ее защиты. Эту проблему можно решить добавлением всего трех компонентов.

В нормальном режиме транзистор Q₃ работает в линейной области при напряжении коллектор-эмиттер 0.7 В, поскольку оба диода D₁ и D₂ смещены в прямом направлении. Мощность, рассеиваемая Q₃, составляет всего порядка 0.5 Вт, поэтому в теплоотводе он не нуждается. Ток драйвера 700 мА, проходя через коллектор транзистора Q₃, делится пополам между цепочками через диод D₂, в соответствии со свойством токового зеркала. При обрыве светодиода в Цепочке 1 диод D₂ блокирует базовый ток Q₃, выключая транзистор. Ток драйвера проходить через Цепочку 2 больше не может, и светодиоды оказываются защищены.

Для компенсации прямого падения напряжения 0.7 В на диоде D₂ необходимо слегка увеличить сопротивлением резистора R₃. Токовое зеркало можно адаптировать для управления светодиодами любых типов, следя лишь за тем, чтобы не превысить максимально допустимые значения токов транзисторов, которые в данной схеме равны 1.5 А. Проверить работу этой схемы можно с любым источником постоянного тока 700 мА, или даже с помощью включенного источником тока стабилизатора напряжения, такого, например, как LM317, выпускаемый Texas Instruments. Схема была успешно испытана с регулятором LM317, работавшим как источник тока 700 мА с пятью светодиодами на строку.

Материалы по теме