Подписка на новости

Опрос

Какие лампы Вы используете для домашнего освещения?

Реклама

2010 №6

Интегральные модули фирмы PEAK Electronics. Параметры и применение драйверов светодиодов серий PLED

Петропавловский Юрий


DC/DC-преобразователи компании PEAK Electronics (г. Накенхайм, Германия) получили достаточно широкое распространение на российском рынке промышленной электроники. Кроме них фирма выпускает модули импульсных преобразователей напряжения (AC/DC), драйверы светодиодов, импульсные стабилизаторы напряжения (Switch Regulator), а также монтажные рейки для подключения своих изделий (DIN RAIL). В предлагаемой статье рассмотрены особенности применения драйверов PEAK Electronics и примеры их использования со светодиодами фирмы Nichia.

DC/DC-преобразователи компании PEAK Electronics (г. Накенхайм, Германия) получили достаточно широкое распространение на российском рынке промышленной электроники. Кроме них фирма выпускает модули импульсных преобразователей напряжения (AC/DC), драйверы светодиодов, импульсные стабилизаторы напряжения (Switch Regulator), а также монтажные рейки для подключения своих изделий (DIN RAIL).

В предлагаемой статье рассмотрены особенности применения драйверов PEAK Electronics и примеры их использования со светодиодами фирмы Nichia. В 2010 г. в каталоге фирмы были представлены 8 серий этих изделий: PLED-S-xxxLF, PLED-T-xxxLF, PLED-T-xxxKA, PLED-xxxLF, PLED-SD-xxxLF, PLED-S-500/700LF, PLED-P-xxxLF, PLED-P-xxxKA [1, 2]. Классификационные параметры драйверов приведены в таблице 1. Особенности модулей более подробно описаны в таблице 2 (основные параметры, кроме приведенных в таблице 1, действительны для температуры окружающей среды +25 °C).

Т а б л и ц а 1. Классификационные параметры драйверов
Тип драйвераUвх, ВUвых, ВIвых, мАКПД, %Корпус
PLED-S-300LF7–302–28300до 95DIP-14
PLED-S-350LF7–302–28350до 95DIP-14
PLED-T-500LF7–302–28500до 95DIP-16
PLED-T-600LF7–302–28600до 95DIP-16
PLED-T-700LF7–302–28700до 95DIP-16
PLED-T-1000LF7–302–281000до 95DIP-16
PLED-T-350KA7–302–28350до 95DIP-16WIRE
PLED-T-500KA7–302–28500до 95DIP-16WIRE
PLED-T-700KA7–302–28500до 95DIP-16WIRE
PLED-T-1000KA7–302–281000до 95DIP-16WIRE
PLED-300-LF5–362–32300до 96DIP-24
PLED-350-LF5–362–32350до 96DIP-24
PLED-500-LF5–362–32500до 96DIP-24
PLED-600-LF5–362–32600до 96DIP-24
PLED-700-LF5–362–32700до 96DIP-24
PLED-800-LF5–362–32800до 96DIP-24
PLED-900-LF5–362–32900до 96DIP-24
PLED-1000-LF5–362–321000до 96DIP-24
PLED-1100-LF5–362–321100до 96DIP-24
PLED-1200-LF5–362–321100до 96DIP-24
PLED-SD-300LF5,5–362–32300до 95SMD-16
PLED-SD-350LF5,5–362–32350до 95SMD-16
PLED-SD-500LF5,5–362–32350до 95SMD-16
PLED-SD-600LF5,5–362–32500до 95SMD-16
PLED-SD-700LF5,5–362–32700до 95SMD-16
PLED-S-500LF7–302–28500до 95DIP-14
PLED-S-700LF7–302–28700до 95DIP-14
PLED-P-150LF7–602–57150до 95DIP-24
PLED-P-250LF7–602–57250до 95DIP-24
PLED-P-300LF7–602–57300до 95DIP-24
PLED-P-350LF7–602–57350до 95DIP-24
PLED-P-500LF7–602–57500до 95DIP-24
PLED-P-600LF7–602–57600до 95DIP24
PLED-P-700LF7–602–57700до 95DIP24
PLED-P-1000LF7–602–571000до 95DIP24
PLED-P-150KA7–602–57150до 97DIP24/WIRE
PLED-P-250KA7–602–57250до 97DIP24/WIRE
PLED-P-300KA7–602–57300до 97DIP24/WIRE
PLED-P-350KA7–602–57350до 97DIP24/WIRE
PLED-P-500KA7–602–57500до 97DIP24/WIRE
PLED-P-600KA7–602–57600до 97IP24/WIRE
PLED-P-700KA7–602–57700до 97IP24/WIRE
PLED-P-1000KA7–602–571000до 97DIP24/WIRE

Т а б л и ц а 2. Особенности модулей
Характеристика Серия
PLED-S-xxxLF PLED-T-xxxLF PLED-T-xxxKA PLED-xxxLF PLED-SD-xxxLF PLED-S-500LF,
PLED-S-700LF
PLED-P-xxxLF,
PLED-P-xxxKA
Точность установки
выходного тока
±5%
(при Uвх–Uвых
более 2–3 В)
±7%;
±6% — PLED-T-500LF
±8%;
±6% —PLED-T-350LF
±2% ±5% ±5% ±5%;
±6% — 300LF;
±7% — 250LF;
±8% — 150LF
Пульсации и шумы
(в полосе до 20 МГц), мВ
не более 200
(пиковое значение)
не более 250
(PLED-T-1000LF
не более 300)
200–300 не более 120   450 150 (150LF);
200 (250LF);
250 (300LF);
300 (350LF);
400
Рабочие частоты, кГц 40–380 500LF — 70–330;
600/700LF — 55–320;
1000LF — 50–300
350КА — 40–370;
500КА — 70–330;
700КА — 55–320;
1000КА — 50–300
до 260   70–450 20–500
Максимальная емкость
нагрузки, мкФ
47 47 47 100 470 47 470
Максимальная
относительная влажность
95% (rel H) 95% 95% 95%  95% 95%
Расчетная наработка
на отказ (MTBF)
по стандарту
MIL-HDBK-217F, ч
более 5×106 более 4,5×106 более 5×106 более 2000×103 более 2000×103 более 4,7×106 950×103
Диапазон рабочих
температур
–40…+85 °C –40…+85 °С –40…+85 °С –40…+85 °С–40…+85 °С (300/350LF);
–40…+71 °C (500/700LF)
–40…+71 °С –40…+85 °С
Максимальная температура
корпуса, °С
100 100 105 100 100 100 110
Тепловое
сопротивление, °С/Вт
35 40 — PLED-T-500LF;
50 — др. модули серии
35 — PLED-T-350KA;
40 — PLED-T-500KA;
50 —700/1000КА
   40 30
Температурный
коэффициент, %/°С
±0,03
(максимальное
значение)
±0,05;
±0,08 — PLED-T-1000LF
±0,03 — PLED-T-350KA;
±0,08 — другие
 ±0,03 ±0,05 ±0,03
Температура пайки
(для драйверов всех типов)
260 °С/10 с
(удовлетворяет
требованиям RoHS)
      
Стандарты безопасности       IEC/EN60950-1
Стандарты по
электромагнитным
излучениям
      EN55015/
CISPR22

Применение модулей серии PLED-S-xxxLF

Прежде всего, следует отметить, что приведенные в таблице 1 значения выходных токов являются максимально допустимыми, схемы защиты от коротких замыканий модулей срабатывают при незначительном превышении значений, указанных в таблице (с учетом точностей установки выходных токов соответствующих модулей). У всех приведенных в таблице модулей имеется возможность уменьшения выходных токов путем регулировки напряжения Uрег либо путем регулировки скважности внешних ШИМ-импульсов.

Рис. 1. Внешний вид драйверов
серии PLED-S-xxxLF

Внешний вид драйверов серии PLED-S-xxxLF (корпус DIP14) приведен на рис. 1. В качестве наполнителя литого пластикового корпуса модулей использована негорючая синтетическая смола UL94V-0. Назначение выводов модулей:

  • 1 — –Uвх;
  • 2 — сигнал управления Uрег (ШИМ/вкл/выкл/регулировка тока);
  • 7 — –Uвых;
  • 8 — +Uвых;
  • 14 — +Uвх.

Режимы работы модулей задаются величиной напряжения на выводе 2, при отключенном выводе выходной ток принимает значения, приведенные в таблице 1. В диапазоне напряжений 0,3–1,25 В модули обеспечивают регулировку выходного тока, при напряжении менее 0,15 В модули выключены. Ток в цепи управления при напряжении Uрег = 1,25 В составляет 1 мА. В режиме ШИМуправления не рекомендуется устанавливать частоту следования входных импульсов более 1 кГц, минимальное время нарастания/спада входных ШИМ-импульсов не должно быть менее 200 нс.

Регулировку выходного тока драйверов можно осуществить несколькими способами. На рис. 2 приведена схема включения модулей с подачей аналогового сигнала управления. Эмпирические выражения для определения значений выходного тока и управляющего напряжения приведены в таблице 3. Напряжение питания Uпит должно быть стабилизировано. Высокую стабильность напряжения питания в схеме, приведенной на рис. 4, обеспечивает параллельный стабилизатор напряжения на микросхеме TL431, номинальное напряжение на выходе (катод) составляет 2,495 В (разброс в пределах 2,44–2,55 В) и поддерживается с высокой точностью. Напряжение в средней точке делителя напряжения равно 1,25 В, таким образом напряжение регулировки Uрег может меняться в пределах 0–1,25 В.

Рис. 2. Схема включения модулей с аналоговой регулировкой яркости

Рис. 3. Схема включения модулей с регулировкой яркости
переменным резистором

Рис. 4. Схема включения модулей
с параллельным стабилизатором

Рис. 5. Простая схема регулировки яркости

Т а б л и ц а 3. Эмпирические выражения для определения значений выходного тока и управляющего напряжения
Модуль Для выходного
тока Iвых, А
Для управляющего
напряжения Uрег, В
(при подаче по схеме на рис. 3)
PLED-S-300LF 0,08 × Uрег/0,327 R2 Uпит/(R1+R2)
PLED-S-350LF 0,08 × Uрег/0,28
PLED-S-500LF 0,08 × Uрег/0,197
PLED-S-700LF 0,08 × Uрег/0,139

Наиболее простая схема регулировки выходного тока драйверов с помощью переменного резистора приведена на рис. 5. Значение выходного тока в амперах для этой схемы определяется эмпирическими выражениями: для PLED-S-300LF Iвых = (0,08/0,327)×Rрег/(Rрег+200к); для PLED-S-350LF Iвых = (0,08/0,28) ×Rрег/(Rрег+200к), сопротивление Rрег в кОм. При использовании приведенных выражений типовая ошибка установки величины выходного тока составляет ±10%. Конденсатор Cadj предназначен для снижения воздействия наводок и помех на вход управления, рекомендуется устанавливать керамический конденсатор емкостью 0,22 мкФ. Внутренняя рабочая частота коммутации драйверов растет при увеличении входного напряжения Uвх, кроме того, она зависит и от числа последовательно подключенных светодиодов.

Рис. 6. Зависимость рабочей частоты модулей PLED-S-350LF от входного напряжения

Соответствующие зависимости для модуля PLED-S-350LF приведены на рис. 6. От количества включенных светодиодов существенно зависит и эффективность (КПД) модулей. На рис. 7 приведены зависимости КПД от входного напряжения Uвх модуля PLED-S-350LF при различном числе включенных светодиодов.

Зависимость выходного тока модулей от управляющего напряжения Uрег практически линейна при его изменении в пределах 0,25–1,25 В, соответствующая регулировочная характеристика модуля PLED-S-350LF приведена на рис. 8.

Рис. 7. Зависимость КПД модулей PLED-S-350LF от числа светодиодов

Рис. 8. Зависимость выходного тока драйверов PLED-S-350LF от управляющего напряжения

Регулировку яркости свечения светодиодов можно также осуществлять путем подачи на вход управления модулей ШИМ-импульсов с изменяемым коэффициентом заполнения (Duty Cycle, DPWM). При этом выходной ток драйверов PLED-S-xxx-LF в амперах можно определить из выражения: Iвых = 0,1 × DPWM/X. Числовой коэффициент Х в знаменателе выражения для каждого типа модуля различен (значения этого коэффициента те же, что и в формулах для аналоговой регулировки яркости: PLED-S-300LF — X = 0,327; PLED-S-350LF — X = 0,28 и т.д).

Схема управления яркостью светодиодов ШИМ-импульсами от микропроцессоров приведена на рис. 9. Резистор 10 кОм и диод в схеме нужны для подавления выбросов отрицательной полярности на входе управления, возникающих из-за емкости сток-исток (коллекторэмиттер) полевого (или биполярного) транзистора на выходе микропроцессора. Любые выбросы отрицательной полярности будут вносить погрешности или нестабильность в выходной ток драйвера. Частоты следования ШИМ-импульсов не должны быть менее 100 Гц, при меньших частотах могут появляться заметные глазу мерцания яркости светодиодов. Драйверы светодиодов, как и любой импульсный преобразователь, создают паразитные радиочастотные излучения. Для их устранения в цепях питания необходимо устанавливать помехоподавляющие фильтры. Для уменьшения уровня помех драйверов PEAK Electronics до уровня, соответствующего классу В стандарта EN55022, достаточно установить на входах драйверов Г- или П-образные LC-фильтры с керамическими конденсаторами емкостью 0,1 мкФ и индуктивностями 68 мкГн (для модулей PLED-S-300/350-LF) и 27 мкГн для остальных модулей S-серии.

Рис. 9. Схема ШИМ -управления яркостью

В качестве практического примера рассмотрим применение драйверов PLED-S-xxxLF совместно с некоторыми светодиодами Nichia Corporation. Эта известная японская компания выпускает широкую номенклатуру светодиодов различного назначения, в том числе сверхъярких белых. В большей части типов белых светодиодов фирмы используется по одному кристаллу, имеются также устройства, в которых последовательно соединены два, три и шесть кристаллов. К последним относятся приборы NS6W183R (холодный белый свет), NS6W183R-H3 (умеренный белый) и NS6L183R-H3 (теплый белый). Номинальный прямой ток приборов — 115 мА, номинальное прямое напряжение — 21 В. При этом создаваемый световой поток составляет 225 лм (195 лм для приборов с теплым белым светом), ширина диаграммы углового распределения силы света — 120°.

Для использования драйверов PEAK Electronics серии PLED-S-xxxLF совместно с указанными приборами Nichia подойдут, например, драйверы PLED-S-350LF (можно параллельно включить до трех приборов), PLED-S-700LF (до 6 параллельно включенных приборов). Для обеспечения одинаковой яркости при последовательнопараллельном соединении светодиодов обычно необходимо включение в последовательные цепочки гасящих резисторов, выравнивающих падения напряжения в каждой последовательной цепи. Однако упомянутые светодиоды Nichia в пределах пяти выпускаемых бинов (исполнений) имеют незначительный разброс прямых напряжений, например у исполнения Rank L прямое напряжение находится в пределах 20,5–21 В, что позволяет обойтись без гасящих резисторов. В соответствии с графиками, приведенными на рис. 7, расчетная эффективность схемы с тремя приборами Nichia и модулем PLED-S-350LF будет составлять 93%.

Применение модулей PLED-T-xxxLF

Драйверы PLED-T-xxxLF выполнены в корпусах DIP16. Назначение выводов модулей:

  • 1, 2 — –Uвх;
  • 3 — сигнал управления Uрег (ШИМ/вкл/выкл/установка тока);
  • 7, 8 — –Uвых;
  • 9, 10 — +Uвых;
  • 15, 16 — +Uвх.

Эмпирические выражения для тока и напряжения при различных схемах построения модулей PLED-T-600/1000LF приведены в таблице 4. Основные параметры модулей PLED-T-500/700LF незначительно отличаются от соответствующих параметров модулей PLED-S-500/700LF (для модулей PLED-T-500/700LF справедливы те же формулы, что и для модулей S-500/700LF).

Т а б л и ц а 4. Эмпирические выражения для определения значений тока и напряжения при различных схемах построения модулей
Модуль Для выходного тока Iвых, А
(при аналоговом управлении
по схеме на рис. 2)
Для управляющего напряжения
Uрег, В (при аналоговой
регулировке по схеме на рис. 4)
Для выходного тока
Iвых, А
(при включении по схеме
на рис. 5)
Для выходного тока, Iвых, А
(при регулировке путем
изменения коэффициента
заполнения по схеме на рис. 9)
PLED-T-600 0,08×Uрег/0,165 R2 × Uпит/(R1+R2) (0,08/0,165) × Rрег/(Rрег+200к) 0,1 × DPWM/0,165
PLED-T-1000 0,08×Uрег/0,095  (0,08/0,095) × Rрег/(Rрег+200к) 0,1 × DPWM/0,095

Т-1000 от числа последовательно включенных светодиодов приведена на рис. 10, зависимость выходного тока от управляющего напряжения — на рис. 11. Как видно из характеристик, при 5–7 последовательно включенных светодиодах КПД драйверов превышает 95%. Индуктивность помехоподавляющего фильтра в цепи питания — 27 мкГн.

Рис. 10. Зависимость КПД модулей PLED-T-1000LF от числа светодиодов

Рис. 11. Зависимость выходного тока драйверов PLED-T-1000LF
от управляющего напряжения

Применение модулей PLED-T-xxxKA

Драйверы PLED-T-xxxKA выполнены в корпусах DIP16 с проволочными выводами длиной 110 мм, используются проводники типа UL1015/CSA TEM с рабочей температурой +105 °С, внешний вид модулей показан на рис. 12.

Рис. 12. Внешний вид модулей серии PLED-T-xxxKA

Назначение выводов драйверов:

  • 1 (черный) — –Uвх;
  • 2 (белый) — сигнал управления (ШИМ/вкл/ выкл/регулировка тока);
  • 8 (синий) — –Uвых;
  • 9 (желтый) — +Uвых;
  • 16 (красный) — +Uвх.

Область безопасной работы драйверов при различных температурах окружающей среды показана на рис. 13 (такие же характеристики действительны и для приборов серии PLED-T-xxxLF). В связи с наличием достаточно длинных проводников, для уменьшения радиопомех от внутренней коммутации входное напряжение питания следует подавать через П-образный ФНЧ по схеме, приведенной на рис. 14. На рис. 15 показана схема включения драйвера с питанием от понижающего трансформатора, подключенного к сети переменного тока.

Рис. 13. Область безопасной работы модулей серий PLED-T-xxxKA

Рис. 14. Схема питания модулей серии PLED-T-xxxKA

Рис. 15. Схема питания модулей от понижающего трансформатора

Параметры сигналов включения и выключения на входе Uрег при ручной регулировке яркости такие же, как и соответствующие параметры драйверов серий PLED-S/PLED-T-xxxLF.

Значение выходного тока модулей, включенных по схеме, приведенной на рис. 4, можно определить из выражения:

Iвых = Iном × Uрег/1,25,

где Iном — номинальное значение выходного тока конкретного модуля [мА],

Uрег = R2 × Uпит/(R1+R2), [В].

Значения выходного тока модулей, включенных по схеме, показанной на рис. 5, определяются эмпирическим выражением:

Iвых = Iном × Uрег/(Rрег+200к),

где Iном — номинальное значение выходного тока конкретных модулей [мА], Rрег — сопротивление регулировочного резистора [кОм].

При изменении сопротивления резистора Rрег от 70 кОм до 2 МОм выходной ток изменяется в пределах 25–90% от номинального значения выходного тока конкретного модуля. Дальнейшее уменьшение сопротивления Rрег не приводит к последующему линейному снижению тока.

При регулировке яркости свечения светодиодов путем изменения коэффициента заполнения ШИМ-импульсов выходной ток модулей определяется из выражения:

Iвых = Iном × DPWM, [мА],

где коэффициент заполнения DPWM = tимп/Тслед.

При частотах следования ШИМ-импульсов менее 500 Гц коэффициент заполнения DPWM может находиться в пределах от нуля до единицы, при частотах следования более 10 кГц — в пределах 0,16–1 (рекомендуется ограничивать частоту следования ШИМ-импульсов значением 1 кГц). Габаритные чертежи корпусов рассмотренных драйверов светодиодов приведены на сайте журнала http://led-e.ru/case_draws_2.zip.

Литература

  1. http://www.peak-electronics.de/
  2. http://www.peak-electronics.de/english/index_engl.html

Скачать статью в формате pdf  Скачать статью в формате pdf


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке