Инвертирующий понижающе-повышающий преобразователь управляет током светодиодов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2020

John Betten

EDN

Для управления яркостью светодиодов необходим драйвер, обеспечивающий постоянный регулируемый ток. Для достижения этой цели топология драйвера должна быть способна вырабатывать выходное напряжение, достаточное для прямого смещения светодиодов. Ну а что вы выберите, если диапазоны входного и выходного напряжения перекрываются? В одном случае может потребоваться, чтобы преобразователь понижал входное напряжение, а в другом – повышал. Подобные ситуации часто возникают в приложениях, где используются «грязные» источники входного питания с широкими диапазонами напряжений, таких как автомобильные системы. Несколько топологий хорошо работают в таких условиях, переходя от повышения к понижению, и наоборот, например, SEPIC или понижающе-повышающий преобразователь с четырьмя ключами. Эти топологии обычно требуют большого количества компонентов, увеличивая стоимость материалов и конструирования. Хотя большинство специалистов считают эти варианты приемлемыми, такие преобразователи рассчитаны на положительные выходные напряжения. Однако преобразователь с отрицательным выходным напряжением может служить альтернативой, которую не следует упускать из виду.

Понижающе-повышающая схема с отрицательным выходным напряжением стабилизирует ток светодиодов.
Рисунок 1. Понижающе-повышающая схема с отрицательным выходным напряжением
стабилизирует ток светодиодов.

На Рисунке 1 показана схема инвертирующего понижающе-повышающего преобразователя, управляющего тремя светодиодами в конфигурации стабилизатора тока. Эта схема имеет несколько положительных свойств. Во первых, в ней используется стандартный понижающий контроллер, минимизирующий затраты и облегчающий повторное использование на уровне системы. Вы можете легко адаптировать эту схему для использования понижающего контроллера с интегрированными MOSFET или, для повышения КПД, синхронного понижающего контроллера. В этой схеме используется то же количество силовых компонентов, что и в простом понижающем преобразователе, поэтому такая топология по сравнению с другими требует наименьшего количества компонентов и самых низких затрат. Поскольку выходом светодиода является свет, на системном уровне может не иметь значения, что светодиоды питаются отрицательным, а не положительным напряжением.

Система стабилизирует ток светодиодов, измеряя напряжение на токоизмерительном резисторе R1 и используя его в качестве напряжения обратной связи для схемы управления. Для того чтобы эта прямая обратная связь работала правильно, вывод земли контроллера нужно подключить к шине отрицательного выходного напряжения. Привязка контроллера к земле системы потребует схемы смещения уровня. Эта «отрицательная земля» накладывает на схему несколько ограничений. Допустимые напряжения MOSFET, диода и контроллера должны быть выше, чем сумма входного и выходного напряжений.

Во-вторых, внешние подключения к контроллеру, такие, например, как сигнал разрешения, требуют сдвига уровня от земли системы к земле контроллера, что увеличивает количество необходимых компонентов. Только по этой причине использование лишних внешних сигналов управления лучше исключить или свести к минимуму.

И, наконец, силовые компоненты инвертирующего повышающего преобразователя работают при более высоких токах и напряжениях, чем компоненты схемы понижающее-повышающего преобразователя с четырьмя ключами, что снижает относительный КПД. Но эти избыточные нагрузки сопоставимы с нагрузками в топологии SEPIC. Несмотря на это, КПД схемы достигает 89%. Можно выиграть еще 2-3 процента, сделав схему полностью синхронной.

Простой способ уменьшения яркости свечения светодиодов заключается в быстром включении и выключении преобразователя путем замыкания конденсатора цепи плавного запуска C5. Осциллограмма на Рисунке 2 демонстрирует входной сигнал ШИМ и фактический ток светодиодов. Технология ШИМ-диммирования эффективна, так как преобразователь выключен и потребляет мало энергии при закороченном выводе SS. Но этот метод также является относительно медленным, потому что преобразователь должен контролируемым образом увеличивать выходной ток при каждом включении, добавляя нелинейное конечное мертвое время перед началом нарастания выходного тока. Из-за этого минимальный коэффициент заполнения ограничен значениями от 10 до 20 процентов. В приложениях управления светодиодами, не требующих высокоскоростного или стопроцентного ШИМ-регулирования яркости, этот метод может быть приемлемым.

Замыкание конденсатора цепи мягкого запуска на землю обеспечивает ШИМ-управление (сверху) для регулировки яркости светодиодов путем снижения их тока (внизу). В приложениях, не требующих высокоскоростного или стопроцентного ШИМ-регулирования яркости, этот метод может быть приемлемым.
Рисунок 2. Замыкание конденсатора цепи мягкого запуска на землю обеспечивает
ШИМ-управление (сверху) для регулировки яркости светодиодов путем
снижения их тока (внизу). В приложениях, не требующих высокоскоростного
или стопроцентного ШИМ-регулирования яркости, этот
метод может быть приемлемым.

Эта инвертирующая понижающе-повышающая сема предоставляет дополнительные возможности управления светодиодами. Использование недорогого понижающего контроллера и нескольких деталей делает описанный подход пригодным для более сложных топологий.

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 374
сейчас смотрят 9
представлено поставщиков 579
загружено
позиций
25 067 862