Драйверы светодиодов минимизируют рассеиваемую мощность

В одном из вариантов управления светодиодами высокой яркости используется стандартный понижающий преобразователь (Рисунок 1). На измерительном резисторе R_S падает напряжение обратной связи V_FB, которое устанавливает требуемый ток светодиода I_LED в соответствии с формулой

Рисунок 1.	Обычный понижающий преобразователь IC1 обеспечивает питание постоянным током светодиода высокой яркости.

К сожалению, для большинства понижающих преобразователей требуется относительно высокое напряжение обратной связи порядка 1 В, из-за чего на измерительном резисторе рассеивается большая мощность

Рисунок 2.	Операционный усилитель IC2 увеличивает сигнал ошибки тока светодиода и снижает мощность, рассеиваемую токоизмерительным резистором.

Уменьшение сопротивления токоизмерительного резистора и добавление операционного усилителя для повышения измеряемого напряжения снижает потери мощности (Рисунок 2). В некоторых случаях операционный усилитель можно исключить, используя для повышения напряжения считывания стабильное опорное напряжение, выход которого имеется в некоторых микросхемах преобразователей (Рисунок 3). Импульсному преобразователю MAX1951 требуется напряжение обратной связи 800 мВ, а напряжение V_REF на его опорном выводе составляет 2 В. Подключение 50-килоомного резистора R₁ между R_S и V_FB и резистора R₂ сопротивлением 100 кОм между опорным выводом и выводом обратной связи смещает рабочую точку с 200 мВ на резисторе R_S до 800 мВ на выводе обратной связи:

Рисунок 3.	Коррекция сигнала обратной связи повышает КПД этого драйвера светодиода высокой яркости на основе понижающего преобразователя.

Таким образом, для V_SENSE = 0.2 В V = 0.8 В. С помощью двух недорогих резисторов мощность, рассеиваемая токоизмерительным резистором, уменьшается в четыре раза.

Рисунок 4.	На этом графике показана зависимость тока светодиода от входного напряжения при половинной нагрузке схемы на Рисунке 3.

Измерения в схемах на Рисунках 1 и 3 при использовании светодиода Luxeon K2 показывают, как коррекция обратной связи влияет на мощность, отдаваемую драйвером светодиода. Два графика иллюстрируют зависимости токов и напряжений светодиодов от входного напряжения для половинной нагрузки 400 мА (Рисунок 4) и полной нагрузки 800 мА (Рисунок 5). Как и следовало ожидать, при половинной нагрузке стабилизация тока ухудшается. Изменение тока светодиода составляет в среднем около 5 мА в диапазоне входных напряжений от 4 до 5.5 В и 1 мА для схемы с обычной обратной связью. Однако диапазон входных напряжений увеличивается более чем на 0.5 В. Стабилизация также ухудшается при полной нагрузке, и изменение тока увеличивается примерно до 22 мА по сравнению с 6 мА для схемы с обычной обратной связью (Рисунок 6). Опять же, схема со скорректированной обратной связью на Рисунке 3 увеличивает диапазон входных напряжений.

Рисунок 5.	На этом графике показана зависимость тока светодиода от входного напряжения при полной нагрузке схемы на Рисунке 3.

Повышение КПД η можно определить следующим образом:

КПД схемы определяется значением КПД преобразования мощности понижающего преобразователя и мощностью, рассеиваемой на измерительном резисторе. Как показано на Рисунке 5, скорректированная обратная связь на Рисунке 3 увеличивает КПД более чем на 10% как при половинной, так и при полной нагрузке. Полагая, что напряжение считывания не изменяется, с уменьшением выходного тока нагрузки КПД повышается, поскольку токоизмерительный резистор рассеивает меньшую мощность.

Рисунок 6.	Сравнение схемы с обычной обратной связью (Рисунок 1) и схемы со скорректированной обратной связью (Рисунок 3) показывает значительное повышение общего КПД при половинной и полной нагрузках.

Материалы по теме

1. Datasheet Analog Devices MAX1951