Не так уж давно для белых, но тусклых светодиодов производители указали максимальное значение прямого тока 20 мА. Современные белые светодиоды излучают больше света и, следовательно, должны работать при все более высоких прямых токах. Поддержание положения рабочей точки светодиода при работе с большим током, близким к его максимальному значению, требует нового подхода.

Самый простой и наиболее распространенный метод смещения светодиода – подключение к светодиоду последовательного резистора для ограничения максимального тока светодиода, но этот метод напрямую влияет на энергоэффективность, которая определяется как отношение мощности, рассеиваемой на светодиоде, к общей входной мощности. Прямое падение напряжения на белом светодиоде, работающем при токе 350 мА, составляет приблизительно 3.2 В. Последовательный резистор и светодиод, подключенные к источнику питания 5 В, работают с КПД 64%. Средняя мощность, теряемая в виде тепла, рассеиваемого на последовательном резисторе, составляет 36 мВт при прямом токе 20 мА, что приемлемо, но увеличивается до 630 мВт при прямом токе 350 мА.

Кроме того, схема с последовательным резистором не может стабилизировать положение рабочей точки диода и, следовательно, его яркость при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды. Схема, основанная на импульсном повышающем преобразователе LM2852 с внутренней компенсацией и синхронным выпрямителем на MOSFET, способна эффективно обеспечивать сильноточные светодиоды током до 2 А, минимизируя влияние колебаний напряжения питания и температуры на яркость светодиода (Рисунок 1).

Рисунок 1.	Эта схема стабилизирует ток сильноточного белого светодиода с КПД 93% во всем диапазоне входных напряжений и рабочих температур. Потенциометр R1 управляет током через светодиод и позволяет регулировать яркость. Диод D1 обеспечивает температурную компенсацию прямого падения напряжения светодиода.

В этой схеме LM2852 работает с КПД примерно 93% и напрямую управляет понижающим регулятором, поддерживающим ток, протекающий через LED₁, на постоянном уровне, заданном потенциометром R₁. Преобразование ток-напряжение, происходящее в контуре управления, эффективно стабилизирует выходной ток схемы. В процессе работы LM2852 сравнивает свое внутреннее опорное напряжение с напряжением делителя, образованного элементами D₁, R₁ и R₂, и управляет петлей регулирования, чтобы поддерживать на входе обратной связи постоянное напряжение 1.2 В. Ток делителя напряжения пропорционален току светодиода LED₁, а отношение токов отслеживает рабочую температуру схемы, поскольку D₁ и LED₁ имеют примерно одинаковые температурные коэффициенты прямого напряжения –2 мВ/°C. Установка D₁ и LED₁ рядом друг с другом на печатной плате обеспечивает хорошую тепловую связь для температурной компенсации.

Когда движок потенциометра R₁ полностью повернут по часовой стрелке, ток через диод D₁ приближается к 1 мА, а ток светодиода LED₁ составляет в среднем около 500 мА. Вращение движка R₁ против часовой стрелки уменьшает прямой ток от 500 мА до 0 А.

При масштабировании сопротивлений R₁ и R₂ для другого коэффициента усиления контура регулирования тока уменьшение усиления влияет на КПД преобразования схемы, а увеличение усиления делает контур более чувствительным к допускам номиналов компонентов. Для дистанционного управления яркостью механический потенциометр R₁ можно заменить потенциометром с цифровым программированием. В документации Lumileds, производителя светодиода LXHL-BW02 (LED₁), указаны предельные значения постоянного тока 350 мА и импульсного тока 500 мА. На Рисунке 2 показана зависимость КПД схемы от изменения входного напряжения. Обратите внимание, что КПД схемы растет по мере снижения входного напряжения, что способствует увеличению времени работы в приложениях с батарейным питанием.

Рисунок 2.	График зависимости КПД схемы от входного напряжения показывает увеличение КПД с ростом тока светодиода и уменьшением входного напряжения.

Во всем диапазоне рабочих температур ток через светодиод меняется менее чем на 3%, что в три раза лучше, чем в схеме ограничителя тока с последовательным резистором (Рисунок 3). Хотя схема на Рисунке 1 сложнее, чем один резистор, для нее требуется всего несколько компонентов. В качестве L1 в этом макете схемы используется выпускаемый компанией Coilcraft дроссель для поверхностного монтажа MSS5131-103 индуктивностью 10 мкГн.

Рисунок 3.	В диапазоне рабочих температур от 0 до 75 °C ток светодиода изменяется менее чем на 3%.

В техническом описании LM2852 указаны критерии выбора конденсаторов C_IN, C_SS и C_OUT. Для эффективного отвода тепла печатная плата схемы должна иметь большие медные полигоны и широкие дорожки для IC₁ и LED₁. При прямом токе 350 мА светодиод LED₁ рассеивает мощность 1.1 Вт, поэтому следует обратиться к паспорту производителя, чтобы ознакомиться с его рекомендациями по тепловому расчету.

1. Datasheet Texas Instruments LM2852
2. Datasheet Coilcraft MSS5131
3. Datasheet Lumileds LXHL-BW02