Драйвер белых светодиодов высокой мощности для портативных приложений

Многие считают белые светодиоды будущим освещения. Соединенные вместе, несколько светодиодов могут заменить лампу накаливания или компактную люминесцентную лампу. Для достижения полной яркости порядка 40 люмен мощным белым светодиодам требуется постоянное напряжение примерно 3.6 В при токе около 350 мА.

Вебинар «Необычное в обычном. Сравнительный анализ современных решений Recom» (27.01.2022)

В портативных приложениях белые светодиоды часто питаются от герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов с типичным выходным напряжением 12 В. От такого же 12-вольтового источника питает цепочку белых светодиодов схема, показанная на Рисунке 1. Она отличается низкой стоимостью, высоким КПД, постоянной интенсивностью света, не зависящей от изменений напряжения батареи, возможностью диммирования и наличием защиты батареи.

Эта схема драйвера цепочки мощных белых светодиодов поддерживает постоянную яркость свечения, независящую от изменений входного напряжения. Кроме того, она обеспечивает возможность диммирования и защиту от глубокого разряда аккумулятора.
Рисунок 1. Эта схема драйвера цепочки мощных белых светодиодов поддерживает постоянную
яркость свечения, независящую от изменений входного напряжения. Кроме того, она
обеспечивает возможность диммирования и защиту от глубокого разряда аккумулятора.

В схеме драйвера использована микросхема SG1524 (U1) импульсного регулятора с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), работающая в повышающей конфигурации. Такая конфигурация позволяет микросхеме U1 выдавать максимальное напряжение около 40 Вт, которого достаточно для управления цепочкой, содержащей до 11 включенных последовательно одноваттных белых светодиодов. Из-за большой рассеиваемой мощности светодиоды должны быть установлены на подходящий радиатор. Индуктивность дросселя, емкости входного и выходного конденсаторов, параметры переключающего транзистора и выходного диода выбираются в соответствии с заданной рабочей частотой. Рабочая частота равна

  (1)

Для этого примера выбрана частота порядка 100 кГц. Более высокие частоты позволяют использовать дроссели меньшего размера, но увеличивают потери переключения.

Напряжение батареи составляет 13.2 В при полном заряде и порядка 10.8 В при полном разряде. Напряжение на светодиодах должно быть достаточно высоким, чтобы светодиоды были смещены в прямом направлении при различных входных напряжениях. Для этого коэффициент заполнения D должен быть равен

  (2)

где

VO – выходное напряжение на светодиодной цепочке,
VD – падение напряжения на диоде D1,
VIN – минимальное напряжение батареи,
VDS – падение напряжения на MOSFET.

Для цепочки из восьми светодиодов VO = 28.8 В, VIN = 11 В и VD = 0.4 В для диода Шоттки. Пренебрегая напряжением VDS, находим, что требуемый коэффициент заполнения равен 62.3%. Микросхема U1 имеет два независимых коммутационных транзистора, каждый из которых может работать с токами порядка 100 мА при максимальном коэффициенте заполнения 45%. Для получения требуемого коэффициента заполнения два транзистора соединены параллельно. Поскольку светодиодам требуется ток более 100 мА, необходим внешний MOSFET.

Для расчета величины индуктивности L1 начнем со среднего тока дросселя:

  (3)

Если пульсации тока дросселя dIL составляют определенный процент от среднего тока, пиковый ток дросселя равен:

  (4)

Принимая, что пульсации равны 40% от среднего тока, получим IL_PK = 1.12 А. Таким образом, индуктивность равна:

  (5)

В этом примере формула (5) дает минимальное значение индуктивности 184.3 мкГн, когда входное напряжение VIN равно 11 В. Емкость выходного конденсатора зависит от допустимой величины пульсаций выходного напряжения. Что касается емкости входного конденсатора, то она зависит от пикового тока.

Для обеспечения постоянства освещенности необходимо контролировать и поддерживать неизменным ток, проходящий через светодиоды. Для этого с помощью элементов R8, R11, R12 и U2b ток преобразуется в напряжение обратной связи, которое подается на инвертирующий вход усилителя ошибки микросхемы U1. Эта отрицательная обратная связь регулирует коэффициент заполнения, стабилизируя ток через светодиоды. Изменение R11 обеспечивает регулировку яркости светодиодов.

Операционный усилитель U2a и резисторы R9, R13, R14, R15 контролируют напряжение батареи и выключают светодиоды, когда напряжение батареи падает ниже 11 В, тем самым предотвращая ее глубокий разряд.

  1. Datasheet Microchip SG1524
  2. Datasheet Texas Instruments LM324
  3. Datasheet Fairchild 1N5819
  4. Datasheet Vishay IRFZ44

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 900
сейчас смотрят 7
представлено поставщиков 1569
загружено
позиций
25 067 862