Xreferat.com » Рефераты по информатике и программированию » Аналіз та розробка LED-драйвера

Аналіз та розробка LED-драйвера

Размещено на /

Зміст


Вступ

1 Загальна частина

1.1 Зростання ролі світлодіодного освітлення

1.2 Огляд драйверів живлення світлодіодних світильників

2 Спеціальна частина

2.1 Характеристика елементної бази

2.1.1 Опис роботи мікроконтролера на мікросхемі VIPer17 по схемі функціональній

2.1.2 Мікросхема STCS05

2.2 Розрахунок параметрів елементів схеми драйвера

2.3 Схема принципова драйвера білих світлодіодів

Висновки

Список літератури

Додаток А – Функціональна схема контролера VIPer17. Плакат

Додаток Б – Драйвер білих світлодіодів. Схема електрична принципова. Плакат


Вступ


З моменту своєї появи, світлодіоди проробили довгий шлях технологічного розвитку. В останні роки були розроблені яскраві світлодіоди в широкому діапазоні кольорів, який тепер включає й білий. Це у свою чергу, відкрило масу нових застосувань для світлодіодів у якості джерела світла зі своєю власною нішею ринку, відомою як «світлодіоди високої яскравості» (HB LEDs). Для визначення таких світлодіодів також використовують терміни «суперяскраві світлодіоди», «ультраяскраві світлодіоди» — це синоніми.

Існує два типи світлодіодів високої яскравості з використанням певних напівпровідникових матеріалів. На основі AlInGaP створюють червоні, жовтогарячі, жовті й зелені світлодіоди високої яскравості. Інший матеріал — InGaN, дозволяє створити синій, синьо-зелений, чистий зелений і, разом з жовтим люмінофором, білий колір.

Область застосувань надяскравих світлодіодів може бути умовно розділена на дві широкі категорії, а саме, з використанням прямого світла й освітлення. Пряме світлодіодна світло використовується для передачі інформації, наприклад в алфавітно-цифрових табло й повноклірних відео дисплеях, де світлодіоди формують пікселі дисплея. У сигнальних пристроях також використовується пряме світло. Як приклад, дорожні сигнали – світлофори й знаки, стоп-сигнали й індикатори повороту транспортних засобів. У освітленні світлодіод використовується, щоб освітити поверхню, простір або об'єкт, замість того, щоб бути видимим безпосередньо.

Для живлення світлодіодів потрібні спеціальні джерела, які не тільки стабілізують їх струм, але й усувають залежність деяких параметрів світлодіодів від температури. Джерело живлення є однїєю з основних складових світлодіодного приладу й забезпечує якісні характеристики світильника протягом усього терміну служби. Основними завданнями розроблювача є правильний вибір контролера й побудова схеми живлення з урахуванням багатьох вимог, що часто суперечать одна одній.

1 Загальна частина


1.1 Зростання ролі світлодіодного освітлення


Діоди, що випромінюють світло, (Light-Emitting Diodes — Leds) — технологія, що швидко еволюціонує, яка стає конкурентною в різних системах освітлення. Світлодіодне освітлення, яке часто називають твердотільним, використовують як усередині будинків (комерційних, промислових і житлових), так і зовні (освітлення вулиць і місць паркувань), а також для архітектурного й декоративного підсвічування, де світлодіоди почали застосовувати раніше всього через їхню здатність випромінювати у всьому колірному спектрі.

Протягом деякого часу світлодіоди були ефективним рішенням для архітектурного підсвічування. Сьогодні світлодіоди стають основою для більшості пристроїв освітлення завдяки ряду переваг у порівнянні з іншими джерелами світла:

- Вони мають більший термін служби, ніж інші джерела світла. Світлодіоди можуть відпрацювати 50000 годин, тоді як ресурс ламп розжарювання становить від 1000 до 2000 годин, а компактних люмінесцентних ламп (CFL — Compact Fluorescent Lamp) — від 5000 до 10000 годин. Такий помітно більший ресурс робить світлодіоди ідеальним вибором для багатьох комерційних і промислових освітлювальних систем, де високі працезатрати на заміну ламп.

- Їх енергоефективність суттєво вище, ніж у ламп розжарювання й галогенних ламп, і часто перебільшує енергоефективність люмінесцентних ламп. До того ж ККД світлодіодів безупинно поліпшується. За прогнозами ККД білих світлодіодів буде покращена приблизно на 50% у найближчі три-чотири роки.

- Вони мають маленький форм-фактор. Можна зробити світлодіодні лампи в таких форм-факторах, як MR16 і GU10, тоді як для компактних люмінесцентних ламп це неможливо.

- Яскравість їх світіння можна регулювати за допомогою спеціального драйвера.

Застосування люмінесцентних ламп у застосуваннях, що вимагають регулювання яскравості, технічно обмежене. Хоча традиційні конструкції освітлювальних приладів на базі світлодіодів теж зустрічаються з подібними обмеженнями, інноваційні драйвери світлодіодів провідних компаній сумісні із симисторами й імпульсними пристроями регулювання яскравості.

- Вони випромінюють высокоспрямоване світло. На відміну від випромінювачів, створених по інших технологіях, світлодіоди більш підходять для застосувань, подібних прожекторним лампам, які формують вузький потік світла.

- Їх ККД зростаєте зниженням температури. ККД люмінесцентних ламп падає при низьких температурах. Світлодіоди, навпаки, ідеальні для застосувань, що працюють в умовах низьких температур, наприклад у якості освітлювальної лампи в холодильнику.

- Дуже легко змінити колір випромінюваного світла. Це робить RGB-світлодіоди ідеальними для застосування в архітектурному підсвічуванні й системах освітлення типу Mood Lighting (освітлення для настрою), у яких колір світла повинен мінятися в режимі реального часу.

У підсумку можна сказати, що світлодіодні лампи мають істотні переваги перед лампами розжарювання й люмінесцентними лампами. Поступово розроблювачі знаходять нові сфери застосування для свтлодіодних освітлювальних пристроїв. Таким чином, у сьогодення актуальними є дві області застосування світлодіодів: світлодіодні еквіваленти розповсюджених освітлювальних ламп і світлодіодне освітлення з дистанційним керуванням.

Світлодіодні еквіваленти ламп призначені для заміни ламп розжарювання, галогенних або люмінесцентних ламп і випускаються з такими ж патронами. Ці світлодіодні лампи повинні відповідати існуючим форм-факторам і бути сумісними з існуючою інфраструктурою.

Світлодіоди для дистанційно керованого освітлення мають більшу гнучкість, коли потрібно міняти яскравість світіння й колір. Більше того, використання бездротових систем дистанційного керування або керування з передачею даних по мережі змінного струму сприяє появі великої кількості нових областей застосування світлодіодів.

Мало хто буде заперечувати той факт, що ринок світлодіодних еквівалентів традиційних ламп сьогодні — сама швидкозростаюча область застосування світлодіодних освітлювальних пристроїв. Причина настільки швидкого росту досить прозора: для цих світлодіодних аналогів не потрібна нова електрична інфраструктура ( тобто, проводка, трансформатори, регулятори яскравості й патрони), що дає значні переваги новій технології.

Вбудовування світлодіодних ламп в існуючу інфраструктуру вимагає від розроблювачів рішення двох принципових проблем:

- Форм-Фактор. Світлодіодні лампи повинні відповідати форм-факторові колишнього джерела світла.

- Електрична сумісність. Світлодіодні лампи повинні працювати коректно й без мерехтінь в існуючій електричній інфраструктурі.

Існуючий форм-фактор накладає на конструкцію світлодіодної лампи як фізичні ( тобто, плата драйвера повинна бути досить малою), так і теплові обмеження. Ці обмеження самі по собі представляють проблему при створенні конструкції лампи-заміни (наприклад, форм-фактори PAR, R і А). І цю проблему, зокрема, важко розв'язати у випадку малих форм-факторів, таких як MR16 і GU10.

Розміри важливі при конструюванні лампи-заміни, але найчастіше більш критичними є теплові обмеження. Світлодіоди випромінюють тільки видиме світло, вони не випромінюють енергію у вигляді інфрачервоного випромінювання, як інші джерела світла. Таким чином, хоча енергетична ефективність світлодіодів вище, чим у ламп розжарювання або галогенних ламп, вони розсіюють набагато більше тепла за допомогою теплопровідності.

Розсіювання тепла — це також основний фактор, що обмежує світловий потік, який може створити лампа. Сучасні світлодіодні технології навряд чи в стані досягтися рівня яскравості, прийнятного для основного ринку. Для розробки комерційно успішних виробів необхідно подолати обмеження по яскравості й, отже, по відводу тепла.

Із проблемою розсіювання тепла, що виділяється, логічно зв'язане питання часу служби драйверної плати. Щоб випромінювати більше світла, лампа повинна працювати при досить високих температурах (+80...+100°С). При таких температурах ресурс драйверної плати може стати обмеженням для всієї лампи. Найбільшою проблемою, зокрема, є електролітичні конденсатори. Оскільки при таких температурах вони швидко висихають, то термін служби цих конденсаторів не перевищить декількох тисяч годин, і вони стануть обмежуючим фактором для всієї лампи. Оскільки головною маркетинговою перевагою світлодіодних ламп є їхня довговічність, то проблема відносно невеликого терміну служби електролітичних конденсаторів стає однією з основних проблем для розроблювачів ламп. Відсутність електролітичних конденсаторів збільшує час служби ламп у середньому від 10000 до 90000 годин. Відсутність електролітичних конденсаторів також веде до зменшення габаритів схеми, тому плата драйвера може бути встановлена у світлодіодні лампи, призначені для заміни традиційних ламп із малими формами-факторами.

Для узгодження з електричною інфраструктурою світлодіодні лампи повинні коректно працювати в існуючих системах освітлення, у яких використовуються пристрої регулювання яскравості з фазовим керуванням (симисторні або імпульсні регулятори) і електронні трансформатори. Між лампою й мережею змінної напруги 120/230 В може стояти регулятор яскравості, виконаний на симисторі. Такі регулятори спроектовані для роботи з лампами розжарювання або галогенними лампами, які являють собою повністю резистивне навантаження. Драйвер в еквівалентній світлодіодній лампі, загалом кажучи, не є чисто резистивним навантаженням, до того ж він відрізняється досить нелінійною характеристикою. Через мостовий випрямляч на його вході проходять короткі, потужні кидки струму в моменти, коли хвиля вхідної змінної напруги досягає позитивного або негативного максимуму. Така поведінка драйвера світлодіодної лампи не дає регулятору на симисторі правильно працювати, оскільки не забезпечується необхідний стартовий струм та струм утримання. У результаті регулятор або некоректно включається, або відключається в процесі роботи, а світлодіодна лампа мерехтить неприйнятним способом.

Для ламп, розрахованих на змінну напругу 12 В, ситуація ще більш складна, тому що лампа може підключатися до мережі через електронний трансформатор і імпульсний регулятор яскравості. І знову ж, світлодіодна 12-вольтова лампа, у драйвері якої використовується традиційний мостовий випрямляч і DC/ DC-перетворювач, мерехтить через несумісність із трансформатором і регулятором яскравості.

Як говорилося вище, світлодіодні лампи надають розроблювачам більше творчого простору, оскільки дозволяють регулювати яскравість і міняти колір світіння. Такі можливості роблять їх ідеальними для застосування в архітектурнім підсвічуванні, у системах внутрішнього освітлення, а також у регульованих енергозберігаючих системах вуличного освітлення. Для всіх цих застосувань потрібна технологія дистанційного керування яскравістю світлодіодних ламп. Щоб застосування мало успіх на ринку, витрати на модернізацію інфраструктури для переведення систем освітлення на нові світлодіодної технології повинні бути мінімізовані. Не дивно, що рішення, які дозволять використовувати існуючу інфраструктуру без її переробки, імовірно, стануть першими кандидатами для проникнення на ринок.

По оцінках, при переході на світлодіодне освітлення з дистанційним керуванням найбільш витратною справою буде прокладка дротів керування світлодіодними лампами. На щастя, є дві технології, які дозволяють відмовитися від настільки дорогої модернізації: світлодіодними лампами можна управляти за допомогою бездротового зв'язку або через існуючу мережу змінної напруги, використовуючи технологію PLC (Power Line Communication — зв'язок по проводах електричної мережі). Технологія PLC дозволяє передавати сигнали керування на великі відстані, але це може виявитися проблематичним, якщо на шляху проходження потоку даних по мережі змінного струму зустрічаються переривники або трансформатори. У той же час для бездротового зв'язку такої проблеми не існує, але відстань, на яку можуть бути передані керуючі сигнали, може виявитися обмеженою, якщо для цих цілей використовуються вільні частотні діапазони. Іноді найкращим рішенням є сполучення цих двох технологій: зв'язок по проводах електромережі для пристроїв, які не розділені між собою трансформаторами, і бездротовий зв'язок як спосіб обійти трансформатори.


1.2 Огляд драйверів живлення світлодіодних світильників


Розробка світильників на основі потужних світлодіодів з появою нових надійних елементів стає усе більш актуальною. Багато фірм - виробників радіокомпонентів пропонують рішення для створення джерел струму й різні мікросхеми драйверів для живлення світлодіодів. Фірма STMicroelectronics пропонує декілько вдалих схемотехнічних рішень для реалізації живлення світлодіодів.

По суті своєї драйвери світлодіодів представляють собою DC-DC перетворювачі, що стабілізують не тільки напругу, а струм через світлодіоди. Структура драйвера залежить від діапазону вхідної напруги й від кількості світлодіодів, що можуть живится від драйвера. Внутрішня структура драйвера може бути різна, але, як правило, він складається з наступних функціональних блоків:

DC-DC-перетворювач;

Регульовані або навіть програмувальні лінійні джерела струму (один або кілька каналів);

ШІМ-контролери для індивідуального або загального керування струмом через світлодіоди;

Інтерфейс керування;

Блок діагностики для виявлення обривів у колі підключення світлодіодів, коротких замикань і ін.

Цікавим рішенням є драйвери LED7706, LED7707 від компанії STMicroelectronics. Мікросхеми призначено для живлення шести лінійок послідовно включених світлодіодів (до 10 світлодіодів у кожному ланцюжку) струмом 30 або 85 мА, відповідно.

Структура цих мікросхем однакова: до їхнього складу входить високоефективний підвищувальний перетворювач, який працює на частоті 660 кГц. Він має можливість зміни робочої частоти в межах від 200 кГц до 1 МГц за допомогою зовнішнього резистора й шість генераторів струму.

Вихідна напруга підвищувального перетворювача змінюється адаптивно таким чином, щоб найменше спадання напруги на одному із внутрішніх джерел струму було рівне їхній опорній напрузі(400 мВ). Вихідна напруга може змінюватися в діапазоні від 4,5 В до 36 В.

Вихідний струм у кожному каналі може бути заданий одним зовнішнім резистором. Яскравість світіння світлодіодів може змінюватися, для цього мікросхема має спеціальний вхід для регулювання. Основні параметри мікросхем наведені у таблиці 1.


Таблиця 1 - Основні параметри мікросхем

Найменування Вхідна напруга, ( В ) Вихідна напруга, ( В ) Вихідний струм, (мА) Число каналів ККД, ( %) Діммінг Робоча частота, (МГц )
LED7706 4,5 - 36 до 36 до 30 6 93 PWM 0,2...1
LED7707 4,5 - 36 до 36 до 85 6 93 PWM 0,2...1

Схема включення цих мікросхем показана на рисунку 1.

Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 1 - Схема включення мікросхеми LED7706


Вхідна її частина утворена лініями живлення VIN+, VIN-, а також інтерфейсом керування й діагностики, що включають лінії:

EN - вхід керування включенням/відключенням;

FAULT - вихід з відкритим стоком, що сигналізує про виявлення внутрішньою схемою мікросхеми аварійного стану. Логіка роботи даного виводу, а також поведінка мікросхеми в аварійних режимах залежить від стану виводу MODE, яке задається перемикачем SW3;

DIM - вхід ШІМ-керування яскравістю (частота до 20 кГц, діапазон регулювання 1...100%).

Стани функціональних вузлів мікросхем LED7706 і LED7707 при виникненні різних аварійних станів наведено у таблиці 2.


Таблиця 2 – Аварійні стани мікросхеми LED7706

Аварійний стан MODE з'єднаний з GND MODE з'єднаний з VCC
Струмове перевантаження внутрішнього МДН-Транзистора Вивід FAULT у високому стані Потужний Моп-Транзистор відключений.
Перенапруга на виході Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному стані.
Перегрів Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному станіАвтоматичний перезапуск при зниженні температури менш 30°С
Коротке замикання світлодіодів Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному стані. (гранична напруга 3.4В) Вивід FAULT у низькому стані. Блокується робота несправного каналу. (гранична напруга 6В)
Обрив у колах підключення світлодіодів Вивід FAULT у низькому стані. Драйвер у відключеному стані. Вивід FAULT у високому стані Блокується робота несправного каналу.

Функціонування мікросхем LED7706, LED7707 відбувається наступним чином. Підвищувальний перетворювач перетворює вхідну напругу до необхідного рівня на лінії VBOST. Рівень напруги на цій лінії контролюються перетворювачем через вхід OVSEL. Величина напруги на виході залежить від величини дільника виконаного на резисторах R1, R2.

Від величини конденсатора Css залежить тривалість "плавного" старту перетворювача. Конденсатор заряджається від інтегрованого в мікросхему джерела струму 5 мкА. При досягненні на ємності Css напруги 2.4В, перетворювач починає працювати в штатному режимі.

Робоча частота задається зовнішнім резистором Rfsw, що підключаються до входу FSW. Частота може бути задана в діапазоні 250...1000 кГц. Якщо вивід FSW з'єднати з виводом Avcc перетворювач буде працювати на частоті 660 кГц. Вивід FSW також може виступати в якості входу зовнішньої синхронізації. У такому випадку, одна мікросхема LED770x є головною, а інші - підлеглими (сигнал синхронізації надходить на вхід FSW з виходу SYNC попередньої мікросхеми).

Особливостямимікросхем є висока продуктивність, високий ККД, - ШІМ-діммірування на частоті 20кГц, мінімальний розмір пристрою. Вони застосовуються для підсвічування рекламних стендів та побудови світильників на чіп-світлодіодах.

Для живлення світлодіодів підходять мікросхеми звичайних DC-DC перетворювачів, необхідно тільки переробити схемотехнічне рішення таким чином, щоб на виході перетворювача стабілізувався струм, а не напруга. Компанія STMicroelectronics рекомендує використовувати для цієї мети сімейство імпульсних понижувальних стабілізаторів L597x.

Це серія перетворювачів може працювати з вихідною напругою до 36 В и забезпечувати струм виходу 1, 1,5 або 2 Ампера. Звідси випливає, що можна підключити на вихід стабілізатора до 10 послідовно включених світлодіодів і стабілізувати струм для світлодіодів з робочими струмами 350 мА, 700 мА й 1400 мА, найчастіше більшого й не потрібно.

У стабілізаторах сімейства перетворювачів L597x застосовується потужний P-Канальний польовий транзистор, виконаний за технологією D-MOSFET. Транзистор має високу швидкодію, що дозволяє будувати на ньому перетворювачі з робочою частотою 250 і 500кГц і вище. Крім цього транзистор має вкрай низький опір каналу, порядку 250 мОм. Що дозволяє будувати схеми з мінімальною різницею вхідної й вихідної напруги. Перетворювачі оснащені захистом від перевищення струму, короткого замикання на виході й перегріву. Основні параметри мікросхем серії L5970X наведені у таблиці 3.


Таблиця 3 - Основні параметри мікросхем серії L5970X

Найменування Максимальний вихідний струм, (А) Діапазон вхідної напруги, (В) Максимальна вихідна напруги, (В) Максимальна кількість світлодіодів Робоча частота, (МГц)
L5970D 1 4,4 - 36 до 36 9 250
L5970AD 1 4,4 - 36 до 36 9 500
L5972D 1,5 4,4 - 36 до 36 9 250
L5973AD 1,5 4,4 - 36 до 36 9 500
L5973D 2 4,4 - 36 до 36 9 250

Варіант підключення мікросхеми L5973D показаний на рисунку 2.

Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 2 - Варіант підключення мікросхеми L5973D


Сигнал з датчика струму Rs подається на вхід зворотного зв'язку мікросхеми. Оскільки опорна напруга внутрішнього джерела дорівнює 1,235 В, тому й сигнал з датчика струму в режимі стабілізації повинен бути не менше. Якщо струм через світлодіоди вибирається досить великий, на струмовому сенсорі виділяється велика потужність. Наприклад, для струму 1,4 А потужність, що виділяється на резисторі Rs буде близько 2 Вт. Це, звичайно, негативно впливає на ККД джерела в цілому. Цього недоліку позбавлена схема показана нижче (Рисунок 3).


Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 3 - Схема підключення мікросхеми L5973D зі зменшеними втратами


Цей варіант підключення L5973D відрізняється від схеми показаної вище тільки тим, що сигнал з датчика струму Rs на вхід керування подається через додатковий операційний підсилювач. Таким чином, можна зменшити втрати потужності на датчику струму. Необхідна напруга на датчику струму залежить від коефіцієнта підсилення операційного підсилювача, що задається резисторами R1 і R2 і визначається по формулі: Urs=R1/R2*1.235В.

На рисунку 4 показаний варіант включення L5973D у якості перетворювача, що інвертує вихідну напругу по відношенню до вхідної.


Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 4 - Варіант включення L5973D у якості перетворювача, що інвертує вихідну напругу


Особливістю такої схеми є те, що світлодіоди в ній підключені анодом до загального проводу.

І, на останок, можна навести схему підвищувального-понижувального перетворювача на мікросхемі L5973D (Рисунок 5).


Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 5 - Варіант підвищувального-понижувального перетворювача

Особливістю цього схемотехнічного рішення є можливість схеми працювати від вхідної напруги як вище, так і нижче тої, що потрібна для живлення ланцюжка світлодіодів.

Таким чином, зазначена серія мікросхем забезпечує малі габарити кінцевого пристрою, високий ККД, високу частоту перетворення напруги, універсальність застосування для живлення світлодіодних світильників.

Особливої уваги при розробці потребують драйвери живлення світлодіодних світильників, що живляться від мережі змінного струму.

Тут треба враховувати потужність цих пристроїв. При побудові джерела живлення для світлодіодного світильника потужністю 25 Вт и більше необхідно враховувати вимогу - наявність у блоці живлення коректора коефіцієнта потужності. Застосування коректора коефійієтта потужності призводить до подвійного претворення напруги. Подвійне перетворення негативне позначається на ціні й ККД готового джерела. Крім того, робота двох перетворювачів при високих напругах вимагає від розроблювача високої кваліфікації на етапі проектування. А отже, готовий виріб може виявитися неналежного рівня надійності. А це одне з головних вимог для світлодіодних джерел живлення.

Для малопотужних джерел живлення світлодіодів від мережі коректор не потрібний, але й в цьму випадку може застосовуватися подвійне перетворення напруги за принципом: понижувальний стабілізатор напруги – понижувальний стабілізатор струму. Такі рішення використовуються у випадках необхідності отримання від джерела живлення світлодіодів спеціальних функцій, наприклад, можливості регулювання яскравості світіння.

Для простого розв'язку завдання побудови джерела живлення світлодіодного світильника компанія Stmicroelectronics виробляє мікросхему L6562А, за допомогою якої можна побудувати однокаскадний AC-DC перетворювач, що поєднує коректор потужності й понижувальний Fly-back перетворювач. Це дозволяє заощадити на найдорожчих компонентах - моткових виробах і силових напівпровідникових елементах. Відповідно збільшується ККД джерела, зменшуються тепловиділення, габарити й вага.

Один із прикладів застосування мікросхеми L6562 показаний на рисунку 6.


Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 6 - Приклад застосування мікросхеми L6562 для живлення світлодіодів


Як видно, на схемі високовольтний перетворювач виконаний за схемою зворотноходового перетворювача, крім цього мікросхема L6562А виконує функцію коректора потужності. Через вхід MULT з резистивного дільника мікросхема одержує сигнал одного півперіоду вхідної напруги, отриманого після вхідного випрямляча. Форма вхідної напруги для ШІМ перетворювача є опорним сигналом, і струм через силовий ключ задається відповідно до отриманої форми вхідної напруги, тому споживаний перетворювачем струм має синусоїдальну форму й збігається по фазі з живлячою напругою. На виході перетворювача одержуємо стабілізовану напругу за допомогою підсилювача неузгодженості на мікросхемі TL431. Є можливість організувати опторазв’язку, а можна обійтися й без неї. Далі пропонується використовувати кілька окремих стабілізаторів струму для кожної лінійки світлодіодів.

Особливостями застосування мікросхеми L6265 є сполучення в одному кристалі функції AC-DС перетворювача й коректора потужності, низький коефіцієнт гармонік у мережі живлення, простота побудови схем і використання, високий ККД, низька вартість дизайну. Пристрої з використанням мікросхеми L6265 доцільно використовувати у драйверах світлодіодних світильників для вуличного та архітектурного освітлення.

При проектуванні джерела живлення світлодіодного світильника завжди постає питання яке джерело живлення використовувати для живлення - гальванично розв'язане або гальванично пов'язане з первинною мережею. Прямої заборони на використання того або іншого немає. Безпечність світильників регулює нормативний документ ДС Р МЭК 60598-1-2003 «Світильники. Загальні вимоги й методи випробування», відповідно до якого всі світильники діляться на три класи по захисту від ураження електричним струмом.

Клас I- захист від ураження електричним струмом забезпечується основною ізоляцією й приєднанням доступних для дотику провідних деталей до захисного (заземленого) проводу стаціонарної проводки таким чином, щоб доступні провідні деталі не могли стати струмоведучими у випадку ушкодження основної ізоляції;

Клас II- світильник, у якому захист від ураження електричним струмом забезпечується основною ізоляцією, застосуванням подвійної або посиленої ізоляції, і, який не має пристрою для захисного заземлення або спеціальних засобів захисту в електричній установці;

Клас III- світильник, у якому захист від ураження електричним струмом забезпечується застосуванням безпечної наднизької напруги живлення (по даному документу до 50В включно).

Для кожного із цих класів установлені вимоги до електричної міцності ізоляції: Клас I - 2U+1000 В; Клас II - 4U+2750 В; Клас III - 500 В, де U - напруга живлення світильника, В.

При розробці самого світильника й джерела живлення до нього з використанням AC/DС-перетворювача важливо забезпечити необхідну електричну міцність виробу вибором матеріалів і конструктивних рішень. Наприклад, виріб по класу I може мати гальванічний зв'язок з мережею, але при цьому необхідно, щоб доступні для дотику струмопровідні деталі мали захисне заземлення й комплектуючі й матеріали змогли забезпечити напругу пробою більш 1440 В між вхідною клемою й корпусом виробу. Як варіант, можна застосувати у виробі джерело живлення, гальванічно не пов'язане з мережею, а необхідне значення напруги пробою (1,44; 3,63 кВ) забезпечити міжшаровою ізоляцією в трансформаторі.

2 Спеціальна частина


2.1 Характеристика елементної бази


2.1.1 Мікросхема VIPer17

На ринку виробників імпульсних джерел живлення (ІДЖ) широку популярність набули мікросхеми, вироблені фірмою Stmicroelectronics. Серед інших аналогів їх відрізняє схемотехнічно бездоганна структура, яка дозволяє конструкторам ІДЖ легко й швидко створювати прилади, що вимагають мінімального числа зовнішніх елементів «обв'язки» ІС і в той же час повністю відповідати твердим вимогам енергозберігаючої технології проектування (Blue Angel Eco).

Інтегральний контролер ІДЖ Vlperl7H(L) увібрав у себе ряд інноваційних технічних рішень. Розроблювачі розмістили 26 композитних логічних блоків на одному кристалі, що дозволило розширити функціональні можливості ІС.

Інтегральний контролер ІДЖ Vlperl7H(L) містить силовий комутатор на основі МДН транзистора й керуючий ШІМ. Дана мікросхема виробляється у двох варіантах конструктивного виконання: у корпусах DIP7 (Viperl7LN/Viperl7HN) і SO16-narrow (Viper17LD/Viper17HD). Індекси H (High) і L(Low) у найменуванні мікросхеми вказують на частоту вбудованого генератора - високу 115 кГц і низьку 60 кГц відповідно. Призначення виводів мікросхем презентовано в таблиці 4.

світлодіодний освітлення живлення мікросхема

Таблиця 4 - Призначення виводів мікросхем Viper17

DIP7 SO16 Найменування Функціональне призначення
1 1-4 GND Загальний вивід ІМС і джерела живлення
2 5 VDD Напруга живлення контролера, а також вихід зарядного струму для зовнішнього конденсатора при пуску ІДЖ
3 6 CONT

Керуючий вхід, що забезпечує роботу контролера у двох режимах:
• установка граничного значення струму польового транзистора в комутуючому імпульсі;
• контроль вихідної напруги

4 7 FB Керуючий вхід для установки коефіцієнта заповнення комутуючих імпульсів
5 10 BR Захист від зниження сіткової напруги
7,8 13-16 DRAIN Вивід стоку польового транзистора

Джерела живлення, виконані на мікросхемі Viperl7N(D), із зовнішнім тепловідводом здатні забезпечити вихідну потужність ІДЖ до 12 Вт в інтервалі сіткової напруги 176...264 В и до 7 Вт в інтервалі 85...265 В. Якщо роль додаткового тепловідводу на друкованій платі виконує фольгірований майданчик площею приблизно 20 мм2, що перебуває в тепловому й електричному контакті з виводами 7,8 (DIP7) і 13 -16 (SO16) ІС, тоді потужність джерела живленні в стандартному й розширеному інтервалі сіткової напруги становить 9 і 5 Вт відповідно.


Аналіз та розробка LED-драйвера

Рисунок 7 - Схема зворотноходового ІДЖ на основі ІС Viperl7


На рисунку 7 представлена типова електрична схема зворотноходового (Flyback) ІДЖ на основі ІС Viperl7. Контролер ШІМ, комутуючий транзистор, трансформатор, вихідний випрямляч, регульований стабілітрон U2 і оптоелектронний перетворювач, з'єднаний з виводом FB мікросхеми, утворюють замкнений контур регулювання вихідної напруги. При збільшенні вихідної напруги до необхідного значення відкривається стабілітрон U2, діод, що випромінює в оптоелектронному перетворювачі OPTO, впливає на перехід емітер-колектор фототранзистора, змінюючи його еквівалентний опір.

Контролер ШІМ регулює тривалість комутуючих імпульсів таким чином, щоб значення еквівалентного опору відкритого фототранзистора відповідало необхідній напрузі на навантаженні.

Щоб пояснити функціональні особливості контролера, розглянемо внутрішню архітектуру ІС, показану у додатку А, і властивості окремих її блоків.

Силовий комутатор в ІС виконаний на основі МДН-транзистора, що відрізняється особою електричною міцністю: пробивна напруга каналу стік-джерело становить не менш 800 В. Це гарантує безпечне функціонування приладу у всьому інтервалі вихідної потужності й швидкості зміни напруги на стоці du/dt. Опір каналу транзистора при температурі 25°С у включеному стані не перевищує 25 Ом. На кристалі транзистора сформований спеціальний резистивний елемент Rsens, що дозволяє ефективно відслідковувати максимальне значення струму в кожному імпульсі комутації. При зниженні живлячої напруги менше 8 В блок SUPPLAY&UVLO виключає транзистор, захищаючи його від випадкового включення.

Високовольтний генератор пускового струму Istart-up у якості джерела використовує напругу на виводі стоку (DRAIN). Запуск можливий тільки після того, як напруга на стоці перевищить граничне значення 80 В, тоді замкне вимикач HV_ON, і на підключений до виводу VDD конденсатор С3 почне надходити зарядний струм 3 мА. Після зростання напруги VDD понад 14 В вимикач HV_ON розмикається. Живлення мікросхеми здійснюватиметься від допоміжної обмотки трансформатора імпульсами, що випрямляються діодом D2 і згладжуються конденсатором С3.

Блок живлення й контролю напруги SIPPLAY&UVLO при збільшенні напруги живлення понад 14 В подає живлення на всі блоки ІС, а також формує ряд опорних напруг, необхідних для роботи вузлів мікросхеми. Автогенератор OSCILLATOR через логічний блок TURN-ON LOGIC, керуючий режимом формування комутуючих імпульсів, впливає на вхід S RS-Тригера, встановлюючи на виході Q рівень логічної 1.

Для зниження спектральної щільності перешкод, створюваних комутуючими імпульсами струму стоку в транзисторі й трансформаторі, центральна частота автогенератора примусово перебудовується з

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: