Понижающий регулятор управляет белым светодиодом с помощью оптической обратной связи

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2018

Dhananjay Gadre

EDN

Доступность и высокая яркость современных светодиодов белого и других цветов свечения позволяют создавать на них много интересных источников света [1]. Поскольку светодиоды являются устройствами, управляемыми током, для поддержания постоянного уровня излучаемого света типичная схема драйвера должна стабилизировать их ток. Для оптимизации рассеиваемой мощности схемы управления белыми светодиодами часто делаются на основе импульсных преобразователей – понижающих или повышающих, – в зависимости от входного напряжения. На Рисунке 1, изображены типовые конфигурации драйверов белых светодиодов на микросхемах понижающих и повышающих преобразователей (где V_LED – напряжения на светодиодах). Добавив последовательно с белым светодиодом резистор R, можно задать ток светодиода. Сопротивление резистора зависит от нужной величины тока и от напряжения обратной связи V_FB, необходимого понижающему или повышающему преобразователю. Например, при среднем токе светодиода 100 мА и напряжении обратной связи 1.23 В сопротивление резистора должно равняться 12 Ом. Для снижения мощности, рассеиваемой на последовательном резисторе, разработчиками часто используется конфигурация схемы, показанная на Рисунке 2. В этих схемах операционный усилитель (ОУ) уменьшает рассеиваемую на резисторе мощность в число раз, равное его коэффициенту усиления [2].

Рисунок 1.	Для управления белыми светодиодами высокой яркости, в зависимости от входного напряжения, используются понижающие (а) или повышающие (б) регуляторы.

Схемы на Рисунках 1 и 2 хорошо стабилизируют ток светодиода при условии, что окружающая температура остается постоянной. Однако яркость свечения белых светодиодов, как и других цветов, сильно зависит от температуры [2] и [3]. Типичное изменение яркости света при изменении температуры на 100 °C колеблется от 40% до 150%. Таким образом, если ожидается, что окружающая температура будет непостоянной, одной только стабилизации тока светодиода окажется недостаточно. Решением может служить использование в схеме управления светодиодом оптической обратной связи [3].

Рисунок 2.	В этих схемах операционный усилитель уменьшает рассеиваемую на последовательном резисторе мощность в число раз, равное его коэффициенту усиления.

Однако вместо дорого датчика света и усилителя в качестве чувствительного элемента можно использовать подходящий обычный светодиод [4]. На Рисунке 3 представлена схема контроллера белого светодиода, основанная на регулируемой версии микросхемы из семейства недорогих преобразователей LM2575. В этой схеме датчиком излучения 10-миллиметрового белого светодиода служит 3-миллиметровый красный светодиод в прозрачном корпусе. Спектр излучения белого светодиода достаточно широк, чтобы хорошо восприниматься датчиком на основе красного светодиода. Эксперимент показал, что при токе белого светодиода 60 мА напряжение на светодиоде датчика составляет примерно 40 мВ. Использование в качестве датчика красного светодиода требует усиления его выходного сигнала примерно в 30 раз, поскольку напряжение внутреннего опорного источника понижающего регулятора LM2575 составляет 1.23 В. Коэффициент усиления усилителя, основанного на недорогом сдвоенном ОУ LM358, задается резисторами R₁, R₂ и R₃. Усилитель питается от входного постоянного напряжения. Сопротивления резисторов R₁, R₂ и R₃ равны 270 кОм, 560 кОм и 10 кОм, соответственно. С помощью переменного резистора R₂ коэффициент усиления усилителя можно изменять, чтобы, управляя током через светодиод, регулировать его яркость. Между крайними положениями движка потенциометра R₂ коэффициент усиления изменяется от 28 до 84.

Рисунок 3.	Для управления яркостью светодиода используются недорогой понижающий регулятор и красный светодиод в качестве датчика для оптической обратной связи.

Используемый в качестве датчика красный светодиод монтируется сбоку от белого светодиода и, таким образом, принимает только часть излучаемого им света. Спилите торец 3-миллиметрового красного светодиода, чтобы получить плоскую поверхность, а затем с помощью капли суперклея прикрепите его к боковой поверхности белого светодиода.

Понижающий преобразователь LM2575 регулирует выходное напряжение, изменяя коэффициент заполнения импульсов внутреннего генератора. Если яркость излучения светодиода упадет из-за повышения температуры, пропорционально уменьшится напряжение на красном светодиоде. Выходной сигнал красного светодиода, подключенный через усилитель ошибки к входу обратной связи (вывод 4) микросхемы регулятора, увеличит коэффициент заполнения выходных импульсов, тем самым, стабилизируя яркость белого светодиода. В случае снижения температуры окружающей среды яркость свечения белого светодиода увеличивается, и регулятор уменьшает выходное напряжение, стабилизируя его световой поток.

Ссылки

Материалы по теме