Регулируем яркость шим-регулятором. Шим диммер для светодиодного освещения Недостатки использования ШИМ

Сегодня мы постараемся сделать контроллер, который будет регулировать яркость светодиода. Материалы для данного теста были взяты с сайта led22.ru из статьи "Светодиоды для авто своими руками". 2 основные детали, используемые в даннном эксперименте - стабилизатор тока LM317 и переменный резистор. Их можно увидеть на фотографии ниже. Отличие нашего эксперимента от приведенного в оригинальной статье - мы так и оcтавили переменный резистор для регулироваки света светодиода. В магазине радиодеталей (не самом дешевом, но всем очень известном) мы приобрели данные детали за 120 рублей (стабилизатор - 30р, резистор - 90р). Здесь хочется отметить, что резистор российского производства "тембр", обладающий максимальным сопротивлением в 1кОм.

Схема подключения: на правую ножку стабилизатора тока LM317 подается "плюс" от блока питания 12V. К левой и средней ножкам поключается резистор переменного тока. Так же, к левой ножке подключается плюсовая ножка светодиода. Минусовой провод от блока питания подключается к минусовой ножке светодиода.

Получается, что ток, проходя через Lm317, уменьшается до величины, заданной сопротивлением переменного резистора.

На практике решено было припаять стабилизатор прямо на резистор. Сделано это в первую очередь для отведения тепла от стабилизатора. Теперь он будет нагреваться вместе с резистором. На резисторе у нас расположено 3 контакта. Мы используем центральный и крайний. Какой имеено крайний использовать - для нас не важно. В зависимости от выбора, в одном случае при повороте ручки по часовой стрелке яркость будет увеличиваться, в противоположном случае - уменьшаться. Если подключить крайние контакты, сопротивление будет постоянно 1 кОм.

Припаиваем провода, как на схеме. К коричневому проводу будет подходить "плюс" от блока питания, синий - "плюс" к светодиоду. При пайке специально оставляем побольше олова, чтобы была лучше теплопередача.

И напоследок одеваем термоусадку, чтобы исключить возможность короткого замыкания. Теперь можно пробовать.

Для первого теста мы используем светодиоды:

1) Epistar 1W, рабочее напряжение - 4V (в нижней части следующей фотографии).

2) Плоский диод с тремя чипами, рабочее напряжение - 9V (в верхней части следующей фотографии).

Результаты (можно увидеть в следующем ролике) не могут не радовать: ни один диод не сгорел, яркость регулируется плавно от минимума до максимума. Для питания полупроводника основное значение имеет ток питания, а не напряжение (ток растет экспоненциально относительно напряжения, при повышении напряжения резко повышается вероятность "сжечь" светодиод.

После чего проводится тест со светодиодными модулями на 12V. И на них наш контроллер отрабатывает без проблем. Именно этого мы и добивались.

Спасибо за внимание!

Имеется большое количество различных схемных решений, однако в нашем случае мы разберем несколько вариантов ШИМ регулятор яркости светодиода () на PIC-микроконтроллере.

PIC10F320/322 это безупречный вариант для конструирования различных регуляторов освещения. При этом мы обретаем достаточно конструктивно навороченный прибор с наименьшей стоимостью и незначительными затратами времени на построение. Рассмотрим несколько вариантов диммера.

Первый вариант. Базовый регулятор яркости светодиода в котором изменение яркости свечения светодиодов осуществляется путем вращения ручки переменного , при этом яркость изменяется от 0 до 100%

Яркость свечения светодиодов устанавливается потенциалом сниманием с переменного резистора R1. Это изменяемое напряжение идет на ввод RA0, функционирующий как аналоговый ввод и подсоединенный к входу AN2 АЦП микроконтроллера. Вывод ШИМ RA1 контролирует силовой ключ на транзисторе V1.

Силовой транзистор возможно выбрать произвольный с логическим уровнем управления, то есть это те транзисторы, которые при получении 1…2 вольта на затвор целиком открывают свой канал.

К примеру транзистором IRF7805 возможно управлять током до 13 ампер соблюдая необходимые требования, а при любых других условиях до 5 ампер гарантировано. Разъем CON1 необходим, лишь для внутрисхемного программирования микроконтроллера, для этой же цели необходимы и сопротивления R2 и R5, то есть если микроконтроллер запрограммирован, то все эти радиоэлементы возможно не ставить.

Сопротивление R4 и BAV70 служат для защиты от перенапряжения и неправильного включения источника питания. Емкости C1 и C2 керамические и служат для снижения импульсных помех, и для надежности функционирования стабилизатора LM75L05.

Второй вариант. Здесь управление яркостью светодиодов так же осуществляется переменным резистором, а включение и выключение выполняется кнопками.

Третий вариант. Как видно в схеме отсутствует переменный резистор. В данном варианте управление яркостью свечения светодиодов выполняется исключительно двумя кнопками. Регулировка ступенчатая, изменение яркости происходит с каждым последующим нажатием.

Четвертый вариант. По сути такой же, как и третий вариант, но при удержании нажатой кнопки происходит плавное изменение свечения светодиодов.

Rich Rosen, National Semiconductor

Введение

Экспоненциальный рост количества светодиодных источников света сопровождается столь же бурным расширением ассортимента интегральных схем, предназначенных для управления питанием светодиодов. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили неприемлемые для озабоченного экономией энергии мира прожорливые линейные регуляторы, став для отрасли фактическим стандартом. Любые приложения, от ручного фонарика до информационных табло на стадионах, требуют точного управления стабилизированным током. При этом часто бывает необходимо в реальном времени изменять интенсивность излучения светодиодов. Управление яркостью источников света, и, в частности, светодиодов, называется диммированием. В данной статье излагаются основы теории светодиодов и описываются наиболее популярные методы диммирования с помощью импульсных драйверов.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Концепцию яркости видимого сета, испускаемого светодиодом, понять довольно легко. Числовое значение воспринимаемой яркости излучения светодиода может быть легко измерено в единицах поверхностной плотности светового потока, называемых кандела (кд). Суммарная мощность светового излучения светодиода выражается в люменах (лм). Важно понимать, также, что яркость светодиода зависит от средней величины прямого тока.

На Рисунке 1 изображен график зависимости светового потока некоторого светодиода от прямого тока. В области используемых значений прямых токов (I F) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении I F . При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

При работе вне линейной области значительная часть подводимой к светодиоду мощности рассеивается в виде тепла. Это потраченное впустую тепло перегружает драйвер светодиода и усложняет тепловой расчет конструкции.

Цветовая температура светодиодов

Цветовая температура является параметром, характеризующим цвет светодиода, и указывается в справочных данных. Цветовая температура конкретного светодиода описывается диапазоном значений и смещается при изменении прямого тока, температуры перехода, а также, по мере старения прибора. Чем ниже цветовая температура светодиода, тем ближе его свечение к красно-желтому цвету, называемому «теплым». Более высоким цветовым температурам соответствуют сине-зеленые цвета, называемые «холодными». Нередко для цветных светодиодов вместо цветовой температуры указывается доминирующая длина волны, которая может смещаться точно также, как цветовая температура.

Способы управления яркостью свечения светодиодов

Существуют два распространенных способа управления яркостью (диммирования) светодиодов в схемах с импульсными драйверами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое регулирование. Оба способа сводятся, в конечном счете, к поддержанию определенного уровня среднего тока через светодиод, или цепочку светодиодов. Ниже мы обсудим различия этих способов, оценим их преимущества и недостатки.

На Рисунке 2 изображена схема импульсного драйвера светодиода в конфигурации понижающего преобразователя напряжения. Напряжение V IN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе R SNS . Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор R SNS , и регулируется напряжением, подаваемым с резистора на вывод CS. Если напряжение на выводе CS начинает опускаться ниже установленного уровня, коэффициент заполнения импульсов тока, протекающего через L1, светодиод и R SNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Аналоговое диммирование

Аналоговое диммирование - это поцикловое управление прямым током светодиода. Проще говоря, это поддержание тока светодиода на постоянном уровне. Аналоговое диммирование выполняется либо регулировкой резистора датчика тока R SNS , либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM (или аналогичный вывод) драйвера светодиодов. Оба примера аналогового управления показаны на Рисунке 2.

Аналоговое диммирование регулировкой R SNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины R SNS вызывает соответствующее изменение тока светодиода. Если бы было возможно найти потенциометр с сопротивлением менее одного Ома, способный выдержать большие токи светодиода, такой способ диммирования имел бы право на существование.

Аналоговое диммирование с помощью управления напряжением питания через вывод CS

Более сложный способ предполагает прямое поцикловое управление током светодиода с помощью вывода CS. Для этого, в типичном случае, в петлю обратной связи включается источник напряжения, снимаемого с датчика тока светодиода и буферизованного усилителем (Рисунок 2). Для регулировки тока светодиода можно управлять коэффициентом передачи усилителя. В эту схему обратной связи несложно ввести дополнительную функциональность, такую, например, как токовую и температурную защиту.

Недостатком аналогового диммирования является то, что цветовая температура излучаемого света может зависеть от прямого тока светодиода. В тех случаях, когда изменение цвета свечения недопустимо, диммирование светодиода регулированием прямого тока применяться не может.

Диммирование с помощью ШИМ

Диммирование с помощью ШИМ заключается в управлении моментами включения и выключения тока через светодиод, повторяемыми с достаточно высокой частотой, которая, с учетом физиологии человеческого глаза, не должна быть меньше 200 Гц. В противном случае, может проявляться эффект мерцания.

Средний ток через светодиод теперь становится пропорциональным коэффициенту заполнения импульсов и выражается формулой:

I DIM-LED = D DIM × I LED

I DIM-LED - средний ток через светодиод,
D DIM - коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
I LED - номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления R SNS (см. Рисунок 3).

Рисунок 3.

Модуляция драйвера светодиодов

Многие современные драйверы светодиодов имеют специальный вход DIM, на который можно подавать ШИМ сигналы в широким диапазоне частот и амплитуд. Вход обеспечивает простой интерфейс со схемами внешней логики, позволяя включать и выключать выход преобразователя без задержек на перезапуск драйвера, не затрагивая при этом работы остальных узлов микросхемы. С помощью выводов разрешения выхода и вспомогательной логики можно реализовать ряд дополнительных функций.

Двухпроводное ШИМ-диммирование

Двухпроводное ШИМ-диммирование приобрело популярность в схемах внутренней подсветки автомобилей. Если напряжение на выводе VINS становится на 70% меньше, чем на VIN (Рисунок 3), работа внутреннего силового MOSFET транзистора запрещается, и ток через светодиод выключается. Недостаток метода заключается в необходимости иметь схему формирователя сигнала ШИМ в источнике питания преобразователя.

Быстрое ШИМ-диммирование с шунтирующим устройством

Запаздывание моментов включения и выключения выхода конвертора ограничивает частоту ШИМ и диапазон изменения коэффициента заполнения. Для решения этой проблемы параллельно светодиоду, или цепочке светодиодов, можно подключить шунтирующее устройство, такое, скажем, как MOSFET транзистор, показанный на Рисунке 4а, позволяющий быстро пустить выходной ток преобразователя в обход светодиода (светодиодов).

а)
б)
Рисунок 4.	Быстрое ШИМ диммирование (а), формы токов и напряжений (б).

Ток дросселя на время выключения светодиода остается непрерывным, благодаря чему нарастание и спад тока перестают затягиваться. Теперь время нарастания и спада ограничивается только характеристиками MOSFET транзистора. На Рисунке 4а изображена схема подключения шунтирующего транзистора к светодиоду, управляемому драйвером LM3406 , а на Рисунке 4б показаны осциллограммы, иллюстрирующие различие результатов, получаемых при диммировании с использованием вывода DIM (сверху), и при подключении шунтирующего транзистора (внизу). В обоих случаях выходная емкость равнялась 10 нФ. Шунтирующий MOSFET транзистор типа .

При шунтировании тока светодиодов, управляемых преобразователями со стабилизаций тока, надо учитывать возможность возникновения бросков тока при включении MOSFET транзистора. В семействе драйверов светодиодов LM340x предусмотрено управление временем включения преобразователей, что позволяет решить проблему выбросов. Для сохранения максимальной скорости включения/выключения емкость между выводами светодиода должна быть минимальной.

Существенным недостатком быстрого ШИМ-диммирования, по сравнению с методом модуляции выхода преобразователя, является снижение КПД. При открытом шунтирующем приборе на нем рассеивается мощность, выделяющаяся в виде тепла. Для снижения таких потерь следует выбирать MOSFET транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала R DS-ON .

Многорежимный диммер LM3409

• Глаз "инструмент" хороший, но без "численных" значений. Только спектрометр может что-то конкретное показать. Ссылку плиз. И Вы серьёзно верите, что что-то делается за пределами "Китая" (азиатские страны)?
• Ссылочку, пожалуйста.
• =Влад-Перм;111436][B]Владимир_007 [B]"Что бы продлить срок службы, рядом с ним ставят (в притык) еще несколько светодиодов,"? - У меня много светодиодов стоит рядом, чтобы увеличить суммарную яркость........... Я извиняюсь, чисто случайно попал на эту ветку повторно. Номеров 6 - 8 назад в радиолоцмане была статья, где так же вставлял свою реплику. За качество изделий на светодиодах упоминать не скромно, пару журнало назад у автомобилиста была статья на фары - о перегреве светодиода. Так 6 - 8 номеров назад в статье была схемка драйвера, представляющая собой переключатель гирлянд на 4 канала. "благодаря драйверу, увеличиваем срок службы светодиода в 4 раза за счет того, что он работает в 4 раза реже, так же 2_й +, продолжительность работы кристалла диода с графиком по экспоненте увеличивает срок службы за счет уменьшения температуры кристалла" - примерно дословно на память. Что касается фотографирования фар - светодиод, это стробоскоп для человеческого глаза, но с очень большой скоростью переключения и пока ни кто не похвастался увеличением (послесвечения) светодиода после пропадания напряжения.
• Уважаемый [b]Владимир_666, здравствуйте. С чего Вы это решили? При питании светодиода постоянным током формируется непрерывный поток светового излучения. При питании импульсным током - формируются световые импульсы. Светодиод [B]безынерционен. Это его замечательное свойство широко используется при передаче цифровой информации по оптическому волокну со скоростью десятки Гигабайт в секунду и более. Для него и люминофор нужен соответствующий, не создающий послесвечения. Полагаю, Вы это прекрасно понимаете. Говоря про стробоскоп Вы, очевидно, имеете ввиду отдельные кванты света. Но их пока не научились использовать по отдельности. Непонятно, кто и за что поставил "минус"?
• [b]САТИР, Вы отчасти травы в том, что [I] Светодиод безинерционен. Это справедливо для светодиодов с "голым" кристаллом. Белые светодиоды разрабатываемые для освещения имеют слой люминофора. А он имеет некоторое время послесвечения (несколько миллисекунд), что вполне достаточно при питании импульсами с частотой в килогерцы. Кроме того, в драйверах устанавливается фильтрующий конденсатор.
• Уважаемый [b]lllll, здравствуйте. Совершенно с Вами, абсолютно. Согласитесь, ведь люминофор лишь принадлежность самого светодиода для придания ему нужных свойств.
• Добрый день. Под словом стробоскоп с большой частотой - я подразумевал именно стробоскоп. Если взять свечение обычной лампочки у которой максимальное напряжение 220В и минимальное 0 и это с частотой 50 Гц - температура нити при 220В - 2200 градусов, но когда напряжение падает до 0 и опять поднимается до 220В, температура нити не падает до 0, а опускается до 1500 - 1800 градусов, что мы и видим "не вооружонным глазом". Что касается светодиода - у них принцип работы - стробоскоп, с большой скоростью переключения, который не видно человеческим глазом, но это не говорит о не влиянии на зрение. Что касается передачи данных гигпбайты в секунду - обычно передачу данных передают (азбукой морзе, мигающей лампочкой), я понимаю, что бы человеку поставить (-), можно быть и тупым, если Вы по отзывам людей считаете себя так же умным - определитесь сами где у Вас постоянно горящая лампочка и кому из нас нужно ставить -.
• Ну как-бы 50 Гц. это две полу синусоиды и реально моргают 100 Гц. и напряжение амплитудное около 300 В. Кто Вам такое сказал? Или где Вы это прочитали? О принципе работы почитайте в "Вике", а тема вроде о питании светодиодов. Нормальный драйвер питает светодиод постоянным таком. ШИМ регуляторы применяются только если надо ДЁШЕВО уменьшить яркость свечения. Хороший драйвер, опять же, умеет уменьшать ток на светодиод без использования ШИМ. ШИМ применяют в фонариках многорежимных - и если драйвер хоть немного адекватный частота ШИМ от нескольких кГц. Совсем незаметно при любом использовании. Ага, у меня тоже, когда винчестер данные передаёт, "лампочка" (светодиод) мигает, быстро так мигает! Это она данные передаёт!
• Не трогайте Владимира666. Не понимает он как работает светодиод. И, очевидно, не поймет. Придумал для себя объяснение неправильное и толкает его всем налево и на право.
• Всё выше сказанное - с точностью "до наоборот"
• ctc655 я думаю я Вам в понятной форме расписал, что постоянно горящая лампочка не может передавать информацию, если Вы пытаетесь своими действиями [B]не профессиональными защитить производителей светодиодов со своей минусовкой
• Спасибо Владимир666. Мое мнение о вас не улучшилось. Увы. Еще в детстве, лет 38 назад делали светотелефон на ЛАМПОЧКЕ. Запитана была от постоянного тока. Работало. Информацию передавал. Другое дело с какой скоростью, если можно так сказать. А вот ваше представление о работе светодиода - бред. То он у вас разрядник, то стробоскоп. Молодеж почитает и потом начнет говорить чушь. Если тяжело понять, не лезьте. За это и получили -1. Это оценка информативности сообщения. ВАаши сообщения не только не несут информативности, но еще и дают ошибочное представление о теме. Там где нет такой большой ахинеи, я ничего не ставлю.
• Просмотрите тему на этом же сате, что бы было понятно почему повторно! http://www..php?p=199007#post199007 Обсуждение: Осветительные приборы на основе светодиодов переменного тока находят свою нишу и, возможно, выйдут за ее пределы Мне так же не 10 и не 30 лет, но Вам почитать будет полезно. Увеличить знания кроме высокотехнологичного прибора с р-п переходом. Интересно, как же Вы 30 лет назад лампочкой горящей на постоянном токе инфорсацию передавали? Все световые приборы, не важно - оптрон, оптотиристор и т.д. все работают за счет прерываний светового потока. Наверно специально патент для этого создали?
• Обоснуйте или подтвердите. Я "электронщик" - можете не ограничиваться в терминологии. То, что драйвер (питание от 220 В.) работает по схеме АС (220 В.) -- DC (300 В.) -- AC ШИМ -- DC (стабильный нужный ток СС) -- СС на светодиод, не делает его ШИМ регулятором. (это можно назвать и просто выпрямителем напряжения!) ШИМ с обратной связью это просто один из способов выдерживать стабильную яркость (ток) светодиода. А вот регулировать яркость можно двумя способами: в указанной цепочке в "АС ШИМ" дополнительно ввести регулировку "заполнения" (светодиод будет питаться регулируемым стабильным током) или регулировать ШИМ-ом уже непосредственно [B]средний ток на светик. В первом случае питается стабильным током (пульсации нет!) во втором случае светодиод питается "импульсами" и их в принципе видно. (не обязательно глазами - в фонариках встречал частоту и 200 Гц. и 9 кГц.) Азбукой "Морзе" - это что-ли не передача информации?
• Честно говоря я не знаю зачем подтверждать известную истину. Может, конечно, есть какие то нюансы в разработке регулируемых драйверов(а они должны быть). Я не занимался пока этим. Поэтому предложенные вами методы регулирования имеют право на жизнь. Вот только применяются каждый по своему. По поводу азбуки Морзе. Да, это передача информации, но с перерывом светового потока. А тот светотелефон работал на изменении яркости лампочки без погасания. При отсутствии речи светил постоянно. Схему не нашел. Делали в кружке и еще не было привычки зарисовывать схемы. Также некоторые закрытые оптопары, резисторная например, может работать без прерывания светового потока.
• Уважаемый [b]ctc655, здравствуйте. [B]Вы абсолютно правы. Подобный метод передачи звука применяется до сих пор в кино. По краю плёнки есть световая дорожка, модулирующая световой поток, который преобразуется в электрический сигнал. Метод существует со времени изобретения звукового кино! Именно он погубил тапёров.
• Про это как то и забыл. Хотя может сейчас по другому. Честно давно не интересовался кино.
• Я не спорю, что без погасания лампочки и схемы могут быть разные, от обычной логики до 554СА..(3) компараторов, можно и просто свечение лампочки и перед лампочкой "флажком" дергать, но передача сигнала всегда работала по изменению "1" и "0".
• В цифровых устройствах - да. А датчики уровня освещённости что, тоже работают по погасанию лампочки или солнца? Причём уровень освещённости регулируется......
• Предыдущая тема или спор, если Вы читали - была о передаче данных "якобы постонно горящей лампочкой" от источника постоянного тока, то есть аккумулятор или стабилизированный источник питания. (Не хочу поднимать тему - где же заканчивается переменное напряжение и начинается постоянное, так как на эту тему сейчас в нете куча споров, начиная с самого аккумулятора.....) Что касается уровня освещенности, Вы о датчиках движения или о ночном освещении допустим вокруг витрин магазинов? Кажется во 1_х свет в обычном понятии - немного не соответствует теме, а вот принцип практически тот же!

Стандартная схема драйвера светодиодов РТ4115 представлена на рисунке ниже:

Напряжение питания должно быть по-крайней мере на 1.5-2 вольта выше, чем суммарное напряжение на светодиодах. Соответственно, в диапазоне питающих напряжений от 6 до 30 вольт, к драйверу можно подключить от 1 до 7-8 светодиодов.

Максимальное напряжение питания микросхемы 45 В , но работа в таком режиме не гарантируется (лучше обратите внимание на аналогичную микросхему ).

Ток через светодиоды имеет треугольную форму с максимальным отклонением от среднего значения ±15%. Средний ток через светодиоды задается резистором и рассчитывается по формуле:

I LED = 0.1 / R

Минимально допустимое значение R = 0.082 Ом, что соответствует максимальному току 1.2 А.

Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора R с максимальным отклонением от номинала 1%.

Итак, для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM оставляем висеть в воздухе (он внутри PT4115 подтянут к уровню 5В). При этом ток на выходе определяется исключительно сопротивлением R.

Если между выводом DIM и "землей" включить конденсатор, мы получим эффект плавного зажигания светодиодов. Время выхода на максимальную яркость будет зависеть от емкости конденсатора, чем она больше, тем дольше будет разгораться светильник.

Для справки: каждый нанофарад емкости увеличивает время включения на 0.8 мс.

Если же требуется сделать диммируемый драйвер для светодиодов с регулировкой яркости от 0 до 100%, то можно прибегнуть к одному из двух способов:

1. Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0 до 6В. При этом регулировка яркости от 0 до 100% осуществляется при напряжении на выводе DIM от 0.5 до 2.5 вольт. Увеличение напряжения выше 2.5 В (и вплоть до 6 В) никак не влияет на ток через светодиоды (яркость не меняется). Напротив, уменьшение напряжения до уровня 0.3В или ниже приводит к отключению схемы и переводу ее в режим ожидания (ток потребления при этом падает до 95 мкА). Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания.
2. Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц, яркость будет определяться коэффициентом заполнения (скважностью импульсов). Например, если высокий уровень будет держаться 1/4 часть периода, а низкий уровень, соответственно, 3/4, то это будет соответствовать уровню яркости в 25% от максимума. Надо понимать, что частота работы драйвера определяется индуктивностью дросселя и ни коем образом не зависит от частоты диммирования.

Схема драйвера светодиодов PT4115 с регулятором яркости постоянным напряжением представлена на рисунке ниже:

Такая схема регулировки яркости светодиодов прекрасно работает благодаря тому, что внутри микросхемы вывод DIM "подтянут" к шине 5В через резистор сопротивлением 200 кОм. Поэтому, когда ползунок потенциометра находится в крайнем нижнем положении, образуется делитель напряжения 200 + 200 кОм и на выводе DIM формируется потенциал 5/2=2.5В, что соответствует 100%-ой яркости.

Как работает схема

В первый момент времени, при подаче входного напряжения, ток через R и L равен нулю и встроенный в микросхему выходной ключ открыт. Ток через светодиоды начинает плавно нарастать. Скорость нарастания тока зависит от величины индуктивности и напряжения питания. Внутрисхемный компаратор сравнивает потенциалы до и после резистора R и, как только разница составит 115 мВ, на его выходе появляется низкий уровень, который закрывает выходной ключ.

Благодаря запасенной в индуктивности энергии, ток через светодиоды не исчезает мгновенно, а начинает плавно уменьшаться. Постепенно уменьшается и падение напряжения на резисторе R. Как только оно достигнет величины в 85 мВ, компаратор снова выдаст сигнал на открытие выходного ключа. И весь цикл повторяется сначала.

Если необходимо уменьшить размах пульсаций тока через светодиоды, допускается подключить конденсатор параллельно светодиодам. Чем больше будет его емкость, тем сильнее будет сглажена треугольная форма тока через светодиоды и тем более она станет похожа на синусоидальную. Конденсатор не влияет на рабочую частоту или эффективность работы драйвера, но увеличивает время установления заданного тока через светодиод.

Важные нюансы сборки

Важным элементом схемы является конденсатор C1. Он не просто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия выходного ключа. Без C1 запасенная в дросселе энергия поступит через диод Шоттки на шину питания и может спровоцировать пробой микросхемы. Поэтому если включить драйвер без шунтирующего питание конденсатора, микросхема почти гарантированно накроется. И чем больше индуктивность дросселя, тем больше шансов спалить микруху.

Минимальная емкость конденсатора C1 - 4.7 мкФ (а при питании схемы пульсирующим напряжением после диодного моста - не менее 100 мкФ).

Конденсатор должен располагаться как можно ближе к микросхеме и иметь как можно более низкое значение ESR (т.е. танталовые кондеры приветствуются).

Также очень важно ответственно подойти к выбору диода. Он должен иметь малое прямое падение напряжения, короткое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при повышении температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки.

В принципе, можно взять и обычный диод, но лучше всего под эти требования подходят диоды Шоттки. Например, STPS2H100A в SMD-исполнении (прямое напряжение 0.65V, обратное - 100V, ток в импульсе до 75А, рабочая температура до 156°C) или FR103 в корпусе DO-41 (обратное напряжение до 200V, ток до 30А, температура до 150°C). Очень неплохо себя показали распространенные SS34 , которые можно надергать из старых плат или купить целую пачку за 90 рублей .

Индуктивность дросселя зависит от выходного тока (см. таблицу ниже). Неверно выбранное значение индуктивности может привести к увеличению рассеиваемой на микросхеме мощности и выходу за пределы рабочего температурного режима.

При перегреве выше 160°C микросхема автоматически выключится и будет находиться в выключенном состоянии до тех пор пока не остынет до 140°C, после чего запустится автоматически.

Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением индуктивности в большую сторону от номинала. При этом изменяется КПД всей схемы, но она остается работоспособной.

Дроссель можно взять фабричный, а можно сделать своими руками из ферритового кольца от сгоревшей материнской платы и провода ПЭЛ-0,35.

Если важна максимальная автономность устройства (переносные светильники, фонари), то, в целях повышения эффективности схемы, имеет смысл потратить время на тщательный подбор дросселя. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы минимизировать погрешности управления током, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.

Дроссель должен располагаться как можно ближе к выводу SW, в идеале - подключен напрямую к нему.

И, наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера светодиода - резистор R. Как уже было сказано, его минимальное значение равно 0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А.

К сожалению, не всегда удается найти резистор подходящего номинала, поэтому самое время вспомнить формулы расчета эквивалентного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:

• R посл = R 1 +R 2 +…+R n ;
• R пар = (R 1 xR 2) / (R 1 +R 2).

Комбинируя различные способы включения, можно получить требуемое сопротивление из нескольких имеющихся под рукой резисторов.

Важно так развести плату, чтобы ток диода Шоттки не протекал по дорожке между R и VIN, так как это может привести к погрешностям измерения тока нагрузки.

Низкая стоимость, высокая надежность и стабильность характеристик драйвера на РТ4115 способствует его повсеместному использованию в светодиодных лампах. Практически каждая вторая 12-вольтовая LED-лампа с цоколем MR16 собрана на PT4115 (или СL6808).

Сопротивление токозадающего резистора (в Омах) рассчитывается точно по такой же формуле:

R = 0.1 / I LED [A]

Типовая схема включения выглядит так:

Как видите, все очень похоже на схему светодиодной лампы с драйвером на РТ4515. Описание работы, уровни сигналов, особенности используемых элементов и компоновки печатной платы точно такие же как у , поэтому повторяться не имеет смысла.

CL6807 продают по 12 руб/шт, надо только смотреть, чтоб не подсунули паяные (рекомендую брать ).

SN3350

SN3350 - очередная недорогая микросхема для светодиодных драйверов (13 руб/штучка). Является практически полным аналогом PT4115 с той лишь разницей, что напряжение питания может лежать в диапазоне от 6 до 40 вольт, а максимальный выходной ток ограничен 750 миллиамперами (длительный ток не должен превышать 700 мА).

Как и все вышеописанные микросхемы, SN3350 представляет собой импульсный step-down преобразователь с функцией стабилизации выходного тока. Как обычно, ток в нагрузке (а в нашем случае в роли нагрузки выступают один или несколько светодиодов) задается сопротивлением резистора R:

R = 0.1 / I LED

Чтобы не превысить значение максимального выходного тока, сопротивление R не должно быть ниже 0.15 Ом.

Микросхема выпускается в двух корпусах: SOT23-5 (максимум 350 мА) и SOT89-5 (700 мА).

Как обычно, подавая постоянное напряжение на вывод ADJ, мы превращаем схему в простейший регулируемый драйвер для светодиодов.

Особенностью данной микросхемы является несколько иной диапазон регулировки: от 25% (0.3В) до 100% (1.2В). При снижении потенциала на выводе ADJ до 0.2В, микросхема переходит в спящий режим с потреблением в районе 60 мкА.

Типовая схема включения:

Остальные подробности смотрите в спецификации на микросхему (pdf-файл).

ZXLD1350

Не смотря на то, что эта микросхема является очередным клоном , некоторые отличия в технических характеристиках не допускают их прямую замену друг на друга.

Вот главные отличия:

• микросхема стартует уже при 4.8В, но на нормальный режим работы выходит только при напряжении питания от 7 до 30 Вольт (на полсекунды допускается подавать до 40В);
• максимальный ток нагрузки - 350 мА;
• сопротивление выходного ключа в открытом состоянии - 1.5 - 2 Ома;
• изменением потенциала на выводе ADJ от 0.3 до 2.5В можно менять выходной ток (яркость светодиода) в диапазоне от 25 до 200%. При напряжении 0.2В в течении, как минимум, 100 мкс, драйвер переходит в спящий режим с низким потреблением энергопотреблением (порядка 15-20 мкА);
• если регулировка осуществляется ШИМ-сигналом, то при частоте следования импульсов ниже 500 Гц, диапазон изменения яркости составляет 1-100%. Если же частота выше 10 кГц, то от 25% до 100%;

Максимальное напряжение, которое можно подавать на вход регулировки яркости (ADJ) составляет 6В. При этом в диапазоне от 2.5 до 6В драйвер выдает максимальный ток, который задан токоограничительным резистором. Сопротивление резистора рассчитывается точно так же, как во всех вышеперечисленных микросхемах:

R = 0.1 / I LED

Минимальное сопротивление резистора - 0.27 Ом.

Типовая схема включения ничем не отличается от своих собратьев:

Без конденсатора С1 подавать питание не схему НЕЛЬЗЯ!!! В лучшем случае микросхема будет перегреваться и выдавать нестабильные характеристики. В худшем случае - мгновенно выйдет из строя.

Более подробные характеристики ZXLD1350 можно найти в даташите на эту микросхему .

Стоимость микросхемы неоправданно высокая (), при том, что выходной ток довольно небольшой. В общем, сильно на любителя. Я б не связывался.

QX5241

QX5241 - это китайский аналог MAX16819 (MAX16820), но в более удобном корпусе. Также выпускается под наименованиями KF5241, 5241B. Имеет маркировку "5241a" (см. фото).

В одном известном магазине их продают чуть ли не на вес (10 штук за 90 руб).

Драйвер работает по точно такому же принципу, как и все вышеописанные (понижающий преобразователь непрерывного действия), однако не содержит в своем составе выходной ключ, поэтому для работы требуется подключение внешнего полевого транзистора.

Можно взять любой N-канальный MOSFET с подходящим током стока и напряжением сток-исток. Подойдут, например, такие: SQ2310ES (до 20V!!!), 40N06 , IRF7413 , IPD090N03L , IRF7201 . Вообще, чем ниже будет напряжение открытия, тем лучше.

Вот некоторые ключевые характеристики LED-драйвера на QX5241:

• максимальный выходной ток - 2.5 А;
• КПД до 96%;
• максимальная частота диммирования - 5 кГц;
• максимальная рабочая частота преобразователя - 1 МГц;
• точность стабилизации тока через светодиоды - 1%;
• напряжение питания - 5.5 - 36 Вольт (нормально работает и при 38!);
• выходной ток рассчитывается по формуле: R = 0.2 / I LED

Более подробно читайте в спецификации (на инглише).

Светодиодный драйвер на QX5241 содержит мало деталей и собирается всегда по такой схеме:

Микросхема 5241 бывает только в корпусе SOT23-6, так что со паяльником для пайки кастрюль к ней лучше не подходить. После монтажа плату следует хорошенько промывать от флюса, любые непонятные загрязнения могут негативно сказываться на режиме работы микросхемы.

Разница между питающим напряжением и суммарным падением напряжения на диодах должно быть вольта 4 (или больше). Если меньше - то наблюдаются какие-то глюки в работе (нестабильность тока и свист дросселя). Так что берите с запасом. Причем, чем больше выходной ток, тем больше запас по напряжению. Хотя, возможно, мне просто попался неудачный экземпляр микросхемы.

Если входное напряжение меньше, чем общее падение на светодиодах, то генерация срывается. При этом выходной полевик полностью открывается и светодиоды светятся (естественно, не на полную мощность, так как напряжения маловато).

AL9910

Diodes Incorporated создала одну весьма интересную микросхему драйвера светодиодов: AL9910. Любопытна она тем, что ее рабочий диапазон напряжений позволяет подключать ее прямо к сети 220В (через простой диодный выпрямитель).

Вот ее основные характеристики:

• входное напряжение - до 500В (до 277В для переменки);
• встроенный стабилизатор напряжения для питания микросхемы, не требующий гасящего резистора;
• возможность регулировки яркости путем изменения потенциала на управляющей ноге от 0.045 до 0.25В;
• встроенная защита от перегрева (срабатывает при 150°С);
• рабочая частота (25-300 кГц) задается внешним резистором;
• для работы необходим внешний полевой транзистор;
• выпускается в восьминогих корпусах SO-8 и SO-8EP.

Драйвер, собранный на микросхеме AL9910 не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому должен использоваться только там, где невозможно прямое прикосновение к элементам схемы.