Для управления яркостью светодиодов необходим постоянный ток, который можно получить с помощью резистора, включенного последовательно со светодиодной цепочкой. Как напряжение на светодиодной цепочке, так и напряжение питания могут меняться, поэтому для обеспечения точности тока необходим специальный светодиодный драйвер. Широко используются два решения, каждое из которых имеет свои преимущества и недостатки: линейный светодиодный драйвер на основе стабилизатора тока или понижающий импульсный преобразователь.
Линейные драйверы – это простые решения, требующие небольшого количества компонентов и практически не создающие помех, но они рассеивают тепло пропорционально разности между напряжением питания и прямым напряжением светодиода. Для защиты от перегрева корпусу драйвера может потребоваться дополнительная теплоотводящая область на печатной плате, что увеличивает стоимость и размеры платы и увеличивает риск того, что микросхема драйвера войдет в режим теплового отключения и погасит светодиоды. Если драйвер расположен рядом со светодиодами, дополнительное тепло может привести к тому, что светодиоды будут работать при повышенной температуре, что сократит срок их службы.
Понижающие или понижающие преобразователи эффективны и выделяют мало тепла, но для импульсных решений требуются дроссель и диод Шоттки. Эти решения также создают помехи, особенно когда напряжение питания падает и приближается к прямому напряжению светодиода. В автомобильных приложениях радиочастотные помехи являются серьезной проблемой. Перед импульсными преобразователями рекомендуется устанавливать фильтры электромагнитных/радиочастотных помех, чтобы предотвратить попадание высокочастотных кондуктивных шумов переключения обратно в источник питания, поскольку они могут создавать помехи для другого оборудования, например, для радиоприемников AM/FM-диапазона.
Линейный драйвер работает в оптимальном режиме, когда понижающему преобразователю уже не хватает запаса напряжения и он начинает вести себя плохо. Чтобы воспользоваться преимуществами обоих подходов без их недостатков, можно использовать комбинированное линейное/импульсное решение, которое минимизирует коммутационные шумы без снижения КПД.
В идеале напряжение батареи изменяется в широком диапазоне, как, например, в автомобильных приложениях (от 8 до 17 В), где линейный/импульсный драйвер обеспечивает желаемый низкий уровень помех и более высокий КПД. Когда напряжение питания увеличивается выше определенного значения, линейный режим работы сменяется импульсным, тем самым защищая линейный драйвер от перегрева.
Описанная здесь схема при переходе между импульсным и линейным режимами независимо выбирает светодиодный драйвер в соответствии с установленными пороговыми напряжениями, с дополнительным гистерезисом, обеспечивающим плавность переключения. На Рисунке 1 показана схема, в которой используются 350-миллиамперный понижающий драйвер светодиодов CAT4201 и линейный 1-амперный драйвер CAT4101 со стабилизацией тока; также показана логика сравнения. В отличие от более распространенной понижающей топологии с коммутатором в верхнем плече и диодом в нижнем, в CAT4201 эти устройства поменяны местами.
 |
|
| Рисунок 1. | Компаратор LM393 контролирует напряжение на нижней стороне светодиодной цепочки и включает либо понижающий регулятор (CAT4201), либо линейный (CAT4101). |
Как и в обычном импульсном понижающем преобразователе, при включении коммутатора ток через дроссель L и светодиоды увеличивается до тех пор, пока не достигнет пикового значения, равного удвоенному среднему току светодиодов, после чего коммутатор выключается. Ток заряженного дросселя продолжать течь через диод Шоттки D1 и светодиоды, пока он не упадет до нуля; затем цикл повторяется. Такой характер переключения называется режимом граничной проводимости.
Часть катодного напряжения через резистивный делитель R1/R2 подается на неинвертирующий вход компаратора. Если входное напряжение компаратора LM393 превышает фиксированное опорное напряжение 2.5 В, то на выходе устанавливается высокий уровень, а на стоке транзистора Q1 (узел OUT) – низкий, что отключает линейный драйвер и включает преобразователь. Если напряжение на неинвертирующем входе ниже опорного напряжения, выходной уровень компаратора будет низким, и включится линейный драйвер, а преобразователь выключится. Резистор обратной связи R5 добавляет гистерезис порядка 0.6 В, поэтому, как только напряжение на катоде поднимается выше 3.6 В, включается понижающий преобразователь, а когда напряжение на катоде падает ниже 3 В, управление забирает на себя линейный драйвер. Обратите внимание, что если вторая половина LM393 не используется для другого источника питания светодиодов, то по правилам проектирования все неиспользуемые входные и выходные выводы LM393 должны быть привязаны к земле.
Рисунок 2 иллюстрирует стабилизацию тока светодиодов для случаев использования только понижающего преобразователя и комбинированного линейного/импульсного драйвера. По сравнению с одним только понижающим преобразователем комбинированный драйвер расширяет диапазон стабилизации тока светодиодов в сторону более низких напряжений питания менее 8 В, позволяя светодиодам оставаться включенными даже при дальнейшем падении напряжения батареи. При напряжении питания ниже 11 В отдельный понижающий преобразователь теряет свою точность, а также создает более высокие пульсации тока, идущие обратно в источник питания. Низкочастотные пульсации тока сложнее подавить с помощью фильтра электромагнитных помех. С другой стороны, при том же диапазоне напряжений питания линейный драйвер обеспечивает лучшую стабилизацию и не создает помех.
 |
|
| Рисунок 2. | Линейный/импульсный источник тока расширяет диапазон регулирования тока до более низкого напряжения питания (ниже 8 В) по сравнению с одним только понижающим регулятором и снижает электромагнитные помехи при низком напряжении батареи. В результате светодиоды могут оставаться включенными даже при низком заряде батареи. |
Несмотря на дополнительные компоненты, комбинированное линейное/импульсное решение полезно в приложениях, где желательны низкий уровень шума и расширенный диапазон напряжения питания. Для оптимизации тепловыделения можно устанавливать наиболее подходящие напряжения перехода между линейным и импульсным режимами.
Купить CAT4101 на РадиоЛоцман.Цены
