048 - Инвентален LED драйвер с висока мощност
В тази статия описвам подробно как да изградя драйвер за светодиоди с висока мощност, анализирайки много въпроси, свързани с този тип устройства.
Всички статии, които публикувах досега по темата за светодиодите, се отнасят до често срещани светодиоди с висока яркост, тоест тези, които работят с токове от 20mA и с доста ниски мощности, между 0,03 и 0,08 вата (според характерното напрежение на всеки модел).
След откриването на материалите, които направиха възможно разработването на бели светодиоди, възможността за използването им при осветление накара производителите да разработват все по-мощни модели всеки ден. Въпреки че светодиодите все още не са способни да заменят обикновените лампи във всички случаи, тази цел е много близка.
12V място с единичен 5 вата светодиод
За съжаление, тези получени резултати не са безболезнени: светодиодите са много деликатни компоненти и не са много устойчиви на неприятни условия на работа. Желанието на производителите на светодиоди да предложат удобна алтернатива на лампите с нажежаема жичка ги подтиква да произвеждат модели, които работят до краен предел на възможностите си.
Ето защо, когато работим с тях, е препоръчително да обърнем голямо внимание на „лечението“, което им предоставяме. Трябва да се вземат предвид две основни условия: токът, който преминава през светодиода, и температурата, която той разсейва. За разлика от лампите с нажежаема жичка, които не страдат особено от висока температура (нажежаемата жичка, която дава светлина, трябва да се нагрява), при светодиодите светлината се произвежда директно от преминаването на електричество и следователно топлината е вторично явление и нежелана (както при всички полупроводници ). Температурата намалява ефективността на светодиода, застарява го и излишъкът от него може да го повреди или да намали полезния му живот. Напомням на читателите, че светодиодите не са вечни, с течение на времето тяхната светлинна ефективност намалява постепенно и като цяло се счита за светодиод в края на полезния си живот, когато светлината, която излъчва, е с 50% по-малка от светлината, произведена, когато е нова. За щастие това се случва след хиляди часове употреба (в някои случаи над 50 000 часа).
5 вата LED
Връщайки се към въпроса за тока, с често срещаните 20mA светодиоди с висока яркост, най-простият и евтин начин за регулиране на тока е използването на резистор, както видяхме в повечето от предишните статии. При светодиодите с по-голяма мощност, макар че ако в теоретичната линия е възможно да продължите да използвате резистори, има два проблема: първият е излишната мощност (и топлина), който се развива в резисторите, вторият проблем се дължи на толеранса на компоненти и захранващото напрежение могат да доведат тока до стойности, които могат да повредят или преждевременно състарят светодиодите.
Пейзажът на мощните светодиоди е много сложен и променлив. За да увеличат мощността, много пъти производителите изграждат светодиоди, съставени от няколко по-прости светодиода, поставени върху една и съща основа (свързани последователно и паралелно). Във всеки случай, с обикновени светодиоди за захранване и прагово напрежение между 3V и 3.6V, има две широко използвани стойности на тока: 300mA и 600mA, говорим съответно за 1 вата и 2 вата светодиоди.
Без да е необходимо да знаем как са изградени, за нас е достатъчно фундаментално да знаем тока, от който се нуждаят, и по по-неточен начин, праговото напрежение по такъв начин, че да използваме по-високо напрежение, така че светодиодът да светне.
1 ват Luxeon Led
Като цяло има два начина за захранване на светодиодите с висока мощност: регулиране на серийния ток или чрез използване на DC-DC преобразуватели ("конвертор за понижаване" или "преобразувател за усилване" в зависимост от конфигурацията). Въпреки че DC-DC преобразувателите са много по-ефективни по отношение на производителността (90% или повече), тяхното изпълнение е по-сложно и изисква много компоненти, които не са толкова лесни за намиране, като намотките, които служат за генериране на изходното напрежение. Друг дефект в DC-DC преобразувателите е техният полезен живот, който често е по-кратък в сравнение със светодиодите, които те доставят.
Засега привилегировано най-лесното решение, в тази статия ще опиша система от първи тип, т.е. сериен регулатор на ток. Проектът е наистина прост и е предназначен да бъде използван в самостоятелен режим или свързан към променлива система за управление от типа ШИМ, която ще опиша в бъдеща статия.
Предложеният модел
Регулаторите на ток могат да бъдат направени по различни начини: с транзистори, с мостови транзистори или с линейни регулатори на напрежение, свързани по определен начин. Всички те използват един и същ принцип на работа: резистор с ниска стойност, последователно с led (обикновено се нарича шунт), който "измерва" тока, който преминава през него и контролира веригата, която регулира тока.
Моделът, който предлагам, използва N-канален MOSFET като регулатор, защото го считам за най-ефективен и същевременно лесен за изпълнение. За тези, които не разполагат с N-канален захранващ MOSFET в чекмеджето на компонентите, може да се използва и NPN силов транзистор, като същевременно се поддържа същата печатна схема. Въпреки че ако резултатът е по-малко ефективен, той може да ни избави от неприятности. Веригата е типичен източник на постоянен ток и е наистина лесна за изпълнение.