Драйвер светодиода с функцией контроля неисправностей

Светодиоды находят широкое применение в качестве индикаторов и излучателей света в таких устройствах, как оптроны. В некоторых приложениях светодиод или излучатель могут располагаться удаленно на некотором расстоянии от основного блока. Типичными примерами могут служить индикаторы на приборном щитке автомобиля и промышленные оптические датчики. В критических приложениях могут потребоваться средства контроля целостности светодиода. Эта схема, в которой используются всего четыре транзистора и шесть резисторов, обеспечивает питание светодиода отключаемым постоянным током и способна индицировать как обрыв, так и короткое замыкание светодиода (Рисунок 1). И еще есть бонус.

Держим старые цены на MEAN WELL весь июль!

Этот драйвер светодиода дополнительно выполняет функции контроля неисправностей и ограничения тока короткого замыкания.
Рисунок 1. Этот драйвер светодиода дополнительно выполняет функции контроля
неисправностей и ограничения тока короткого замыкания.

Управляющий сигнал VCONT включает и выключает светодиод. Когда уровень сигнала VCONT высокий, транзистор Q1 и светодиод выключены. При уровне сигнала VCONT, близком к 0 В, Q1 включается и начинать питать светодиод постоянным током. Поскольку прямое падение напряжения на большинстве светодиодов составляет, по крайней мере, 1.2 В, напряжения смещения базы Q3 достаточно для включения транзистора, что обеспечивает путь для протекания тока Q2. Этот ток, в свою очередь, обеспечивает смещение базы транзистора Q4, который открывается, сообщая высоким уровнем на выходе об исправности светодиода.

Поскольку оба транзистора Q2 и Q4 сейчас включены, база Q1 находится под потенциалом, величина которого на два напряжения база-эмиттер (VBE) ниже напряжения положительной шины питания VS. Таким образом, падение на R1 равно одному напряжению VBE. Соответственно, при R1 = 68 Ом транзистор Q1 отдает в светодиод постоянный ток порядка 10 мА. Если сопротивление R2 достаточно велико, небольшая часть тока светодиода ответвляется в базу транзистора Q3. До тех пор, пока светодиод исправен, уровень сигнала на выходе /FAULT остается высоким, сигнализируя о нормальной работе драйвера. Если светодиод оборвется, нагрузкой коллектора Q1 станут только резистор R2 и переход база-эмиттер транзистора Q3. Так как сопротивление R2 намного больше, чем R1, Q1 перейдет в режим насыщения, падение напряжения на R1 снизится примерно до 20 мВ или около того, и потенциалы эмиттеров Q1 и Q2 приблизятся к VS. Теперь, не имея достаточного тока базы, Q4 выключается, и выходное напряжение падает до нуля, сообщая о неисправности светодиода.

Если же неисправность заключается в коротком замыкании светодиода, Q3 немедленно выключается и лишает Q2 пути для тока коллектора. Теперь переход база-эмиттер транзистора Q2 ведет себя как диод, ограничивая потенциал базы Q1 значением, определяемым в основном напряжением VBE транзистора Q2 и соотношением сопротивлений R3 и R4. Поскольку сопротивление R4 меньше, чем R3, потенциал эмиттера Q2 теперь поднимается до VS. И снова Q4 выключается, и на выходе устанавливается низкий уровень, указывая на состояние неисправности. При сопротивлениях резисторов, показанных на Рисунке 1, потенциал базы Q1 теперь находится на уровне примерно 4 В, оставляя на R1 только 200 - 300 мВ. Таким образом, ток короткого замыкания эффективно «подавляется» до уровня менее трети от нормального значения, тем самым, экономя энергию. В этом и заключается бонус. В нормальных условиях при включенном светодиоде Q1 проводит больший ток, чем Q2, вследствие чего его напряжение VBE слегка превышает напряжение VBE транзистора Q2. Следовательно, падение напряжения на R1 немного меньше, чем падение на диоде, и для установки желаемого тока светодиода, возможно, потребуется немного поэкспериментировать с сопротивлением R1.

Сопротивление R3 следует выбрать, исходя из базовых токов, требуемых для Q1 и Q2 при низком уровне сигнала VCONT. Тестирование прототипа схемы показало хорошие результаты при R3 = 39 кОм, хотя, в зависимости от тока светодиода и коэффициентов передачи тока транзисторов Q1 и Q2, может потребоваться более низкое значение. При включенном светодиоде оба транзистора Q2 и Q3 полностью открыты, поэтому для того, чтобы ограничить до приемлемого уровня их общий коллекторный ток, требуется достаточно большое сопротивление R5. Однако сопротивление R5 не должно быть слишком большим, иначе Q2 не сможет обеспечить ток, необходимый для R4 и базы Q4. Хорошей отправной точкой будет выбор сопротивления R5 примерно в четыре или пять раз большего, чем R4.

Хотя схема на Рисунке 1 питается от 5 В, при соответствующем масштабировании сопротивлений резисторов можно использовать другие напряжения. Работа при более низких напряжениях возможна до тех пор, пока транзистор Q1 имеет достаточный «запас», позволяющий ему избежать насыщения. При этом, используя синий или белый светодиод, можно столкнуться с проблемой, если забыть, что эти устройства, как правило, имеют относительно высокие прямые напряжения. Типы транзисторов не критичны; подойдет большинство малосигнальных устройств с высоким коэффициентом передачи тока, хотя, возможно, в качестве Q1 придется выбрать мощный прибор, если для конструкции требуется большой ток светодиода, высокое напряжение питания или и то, и другое.

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: LED driver doubles as fault monitor

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

Запись онлайн-семинара Создание малошумящих импульсных источников питания. Практические рекомендации от Analog Devices
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя