Огляд схем включення та керування сучасними світлодіодами
Рубрикатор
наші новини
Підписка на новини
Які лампи Ви використовуєте для домашнього освітлення?
Пєскін Олександр
Світлодіоди в портативних приладах
Навпаки, перевагою паралельного з'єднання є те, що при виході з ладу одного світлодіода не відключається все підсвічування, як це обов'язково відбувається при послідовному з'єднанні. Існує два можливі види живлення ланцюгів паралельного з'єднання світлодіодів: лінійний стабілізатор навантажувального струму (рис. 1б) та так зване підкачування заряду (рис. 1в). Щоб знайти оптимальну схему управління, необхідно детальніше розглянути умови роботи. Типова пряма напруга (падіння напруги при номінальному прямому струмі) одного білого світлодіода в залежності від величини струму становить 2,5–5 В. Лінійний стабілізатор струму є найбільш оптимальним за вартістю та найефективнішим видом керування тільки в тих випадках, коли використовуються відповідні світлодіоди. найменшою прямою напругою, здатні працювати при розрядженому до напруги 3 акумуляторі. Паралельне з'єднання використовується переважно у підсвічуванні із задньої сторони клавіатур приладів – у випадку, коли світлодіоди споживають струм менше 10 мА.
Якщо пряма напруга світлодіода вища за мінімальну робочу напругу акумулятора (за вирахуванням необхідного падіння напруги у внутрішніх ланцюгах), то в цьому випадку необхідно підвищувати напругу за допомогою генератора підкачування заряду (рис. 1в). У цьому прикладі використовується мікросхема TPS60250, яка оптимізує ККД за допомогою динамічного перемикання посилення напруги в півтора рази. У всіх схемах паралельного підключення світлодіодів необхідне точне внутрішнєвирівнювання їх струмів з метою досягнення однакового ступеня освітленості та сталості спектру кольорів дисплея. Як лінійне джерело постійного струму на мікросхемі TPS75105, так і генератор підкачування заряду на мікросхемі TPS60250 забезпечують 2% точність вирівнювання струмів навіть при дуже малих їх значеннях.
Подальші, складніші вимоги до освітлення призвели до того, що виробники напівпровідників звернули увагу на мобільні прилади з цифровим інтерфейсом та програмованим процесорним керуванням. Одним із прикладів можуть бути керовані різнокольорові миготливі вогні, які використовують так звані багатокристальні RGB-світлодіоди, які зазвичай складаються з трьох кристалів, що світяться червоним, зеленим і синім кольорами і розташованих на одній підкладці. Мікросхема ТСА6507 (рис. 3) дає можливість керувати такими світлодіодами. Вона програмується за допомогою цифрової шини I2С та керує світлодіодами автономно, без участі процесора.
Малі габарити корпусів сучасних мікросхем, високі частоти перемикання, використання оптимізованих малогабаритних котушок індуктивності, більш високий ККД уможливлюють створення більш плоских, портативних приладів, в яких можуть використовуватися також різні світлові і кольоромузичні ефекти, вогні, що біжать. .
Світлодіоди в автомобілях
Переваги світлодіодів у порівнянні зі звичайними лампами розжарювання зі скляними колбами особливо очевидні в автоелектроніке. У них більш висока тривалість роботи, надійність, ККД, світлотехнічні характеристики та водночас малі габарити та енергоспоживання. Використовуються спочатку лише як сигнальні лампочки на панелі приладів,світлодіоди поступово завойовують й інші області застосування, такі як освітлення панелі приладів і внутрішнього салону автомобіля, покажчики напрямку руху («поворотники»), габаритні вогні та сигнали гальмування. Незабаром очікується використання світлодіодів нового покоління для ближнього та далекого світла.
Якщо створюється плоский розсіяний освітлювач, як, наприклад, при освітленні панелі приладів, то використовується конфігурація безлічі паралельно підключених світлодіодів. При відмові одного з них зменшується яскравість свічення лише невеликої ділянки панелі, а не всього світлового приладу. Для керування таким набором світлодіодів використовуються спеціальні мікросхеми, наприклад, TLC5917 (рис. 5).
За допомогою послідовного з'єднання безлічі таких мікросхем, що мають послідовні регістри зсуву, можна керувати будь-якою кількістю світлодіодів. Мікросхема включає також схеми виявлення і захисту від перегріву і короткого замикання в кожному світлодіоді. Максимальний струм через світлодіоди встановлюється за допомогою зовнішнього резистора в діапазоні від 5 до 120 мА.
Світлодіоди у великих телевізійних екранах
ТБ з великими екранами, професійні монітори для графічних додатків, комерційні телевізійні установки для зовнішнього використання є перспективними напрямками застосування великої кількості світлодіодів. Особливе значення тут має однаковість характеристик світловипромінювання, що забезпечує рівномірну яскравість та розподіл кольорів.
Використання мікросхем інтерфейсів дає можливість керувати кожним окремим світлодіодом, багато яких геометрично розташоване у вигляді матриці. Для того щоб у сучасних телевізорах та моніторах досягти найточнішогорозподілу білого по всій поверхні екрану, а також найбільш точної кольору зображення, використовують нові концепції представлення кольору, наприклад динамічне заднє підсвічування (SB - Scanning Backlight).
У великих екранах світлодіоди забезпечують колірну та яскраву інформацію кожної точки (піксела) зображення. Зазвичай один піксел формують три світлодіоди (червоний, зелений, синій). В результаті виникає необхідність керувати 10000 і більше окремих світлодіодів, для чого використовуються мікросхеми інтерфейсів. Одним із таких прикладів є мікросхема TLC5945 (рис. 6).
Для забезпечення необхідної частоти зміни зображення, щоб людське око могло сприйняти його як безперервний рух, необхідно передавати інформацію на світлодіоди досить швидко. У великих екранах кожен світлодіод перемикається з частотою, яка принаймні не нижча за частоту полів (половина від частоти кадрів 50 або 60 Гц). Оскільки послідовні інтерфейси дозволяють тактову частоту передачі бітів до 30 МГц, можна визначити максимальну частоту полів (Гц) за формулою: fп.30.106/193n, де n — число послідовно включених мікросхем TLC5945, кожна з яких має 16 виходів. Ще однією особливістю мікросхеми TLC5945 є можливість запам'ятовування рівня максимального струму кожного світлодіода за допомогою вбудованих ШІМ-модуляторів. Це необхідно для того, щоб порівнювати та керувати різницею між струмами окремих світлодіодів, що дозволяє виключити порушення передачі кольору.
Світлодіоди в архітектурі, ландшафтному дизайні та інтер'єрі
Світлодіоди знаходять все ширше застосування в областях, де раніше домінували лампи розжарювання та газорозрядні лампи. Внаслідок малих витрат потужності та довговічності світлодіодистали використовувати в місцях, де високий рівень освітленості не відіграє великої ролі, - в аварійному та черговому освітленні, у знаках та табличках, маркувальному освітленні. Як засоби освітлення світлодіоди використовують і у вибухонебезпечних приміщеннях та цехах. Досить швидко впроваджуються світлодіодні кластери та в архітектурне освітлення як світлові карнизи та колони.
Для управління мережею світильників використовуються перемикачі мережевого напруги, перетворювачі, контролери та прилади корекції коефіцієнта потужності на базі мікросхем фірми Texas Instruments або сімейства UCC28хх фірми UNITRODE. При цьому слід звернути увагу на те, що за стандартом EN61000-3-2 потужність пристроїв не повинна бути менше 75 Вт. В інтер'єрі ефектно виглядає поєднання прозорих конструкцій, таких як скляні меблі, стінові панелі, вікна з гнучкими лінійними світлодіодними модулями, які не просто світяться, а змінюють забарвлення.
Література
2. Capsten Oppitz. Leuchten und Beleuchten. Elektronik scout. 2008.
3. Звонарьов Є. Огляд драйверів світлодіодів компанії Texas Instruments // Новини електроніки. 2008. № 317.
Інші статті на цю тему:
Якщо Ви помітили якісь неточності у статті (відсутні малюнки, таблиці, недостовірну інформацію тощо), прохання повідомити про це нам. Будь ласка, вкажіть посилання на сторінку та опис проблеми.