Подписка на новости

Опрос

Какие лампы Вы используете для домашнего освещения?

Реклама

2011 №3

Новые драйверы светодиодов и светодиодных дисплеев фирмы Holtek Semiconductor

Петропавловский Юрий


Компания Holtek — один из ведущих разработчиков и производителей полупроводниковых приборов на Тайване. Фирма основана в 1983 году как дизайн-центр по разработке микросхем, который расположен в Тайбэе. В 2000 году компания сертифицирована по стандарту IS9001. В настоящее время деятельность Holtek сосредоточена на разработке приборов ASIC, встраиваемых микроконтроллеров, периферии для компьютеров, телекоммуникаций, памяти и микросхем широкого назначения.

Введение

В каталоге Holtek Semiconductor 2010 года предлагались полупроводниковые приборы в следующих категориях:
  • Однократно программируемые 8-разрядные микропроцессоры (One-time programmable MCU, OTU) — общего назначения; в миниатюрных корпусах. Это контроллеры дисплеев, МП с малым токопотреблением (TinyPower MCU), с батарейным питанием 1,5 В, контроллеры интерфейсов UART/USB, контроллеры высокочастотных и инфракрасных пультов дистанционного управления (ДУ), клавиатур, телефонов, мультимедийных интерфейсов и др.
  • 8-разрядные флэш-микропроцессоры — по назначению в дополнение к вышеперечисленным: микропроцессоры управления бесконтактными двигателями постоянного тока, голосовые процессоры.
  • 32-разрядные флэш-микропроцессоры общего назначения.
  • Контроллеры и драйверы ЖК, светодиодных и флуоресцентных дисплеев.
  • 3-проводные и I2C ЭСППЗУ.
  • Микросхемы для систем дистанционного управления — кодеры/декодеры; высокочастотные и программируемые кодеры.
  • Микросхемы для источников питания и импульсных преобразователей — стабилизаторы LDO, DC/DC-преобразователи, драйверы светодиодов подсветки и белых светодиодов, драйверы светодиодов для освещения.
  • Компьютерная периферия — мыши, клавиатуры, высокоскоростные USB-мосты.
  • Микросхемы для телекоммуникаций и модемов.
  • Аналоговые микросхемы — ЦАП, ОУ общего назначения, УЗЧ.
  • Микросхемы для обработки видеосигналов — CIS (Contact Image Sensor) и ПЗС-процессоры, драйверы ПЗС-сенсоров, процессоры для обработки изображений.
  • Микросхемы различного назначения — для сенсорных панелей, передатчиков систем ДУ, систем контроля доступа, часов и других приборов для измерения времени, медицинских термометров, драйверов электродвигателей, устройств звуковых эффектов [2].
Микросхемы драйверов светодиодов и светодиодных кластеров Holtek подразделяются на следующие категории:
  • драйверы многосегментных светодиодных индикаторов (HT1632C, HT16K33);
  • драйверы светодиодных дисплеев со стабилизацией тока (HT16D595, HT16D723);
  • драйвер светодиодов для освещения с сетевым питанием HT7L4091;
  • драйверы светодиодов подсветки ЖК-дисплеев (серия HT79xxx).
Классификационные параметры приборов приведены в таблице 1. Рассмотрим особенности двух новых приборов, представленных компанией в ноябре 2010 года, более подробно.

Таблица 1. Классификационные параметры приборов

Тип прибора Топология Входное напряжение, В Частота, МГц Выходное напряжение, В Число светодиодов Управление КПД, % Корпус Примечания
HT7936A charge pump 2,8-5 1 5 4 ШИМ - SOT23-6 Параллельное включение
HT7936B oharge pump 2,8-5 1 4,5 6 ШИМ - SOT23-6 Параллельное включение
HT7937 boost 2,5-5,5 1,2 28 6 ШИМ/аналог 85 SOT23-6 Последовательное включение
HT7938 boost 2,6-5,5 1,2 39 10 ШИМ/аналог 88 SOT23-6 Последовательное включение
HT7939 boost 2,6-5,5 1,2 32 40 ШИМ/аналог 90 SOT23-6 Посл.-паралл. включение
HT7943* boost 4,5-26 0,5/1 1пр - 20 мА 66 ШИМ 88 20QFN До 11 светодиодов, 6 каналов
HT7945* boost 4,5-26 0,5/1 1пр - 20 мА 88 ШИМ 88 24QFN До 11 светодиодов, 8 каналов
HT7953* boost 10-26 0,3/0,6 1пр - 80 мА 66 ШИМ 88 48TQFP До 11 светодиодов, 6 каналов
HT7955* boost 10-26 0,3/0,6 1пр - 80 мА 88 ШИМ 88 48TQFP До 11 светодиодов, 8 каналов

Примечания. * — разрабатываемые приборы (готовность — 1-й квартал 2011 г.); charge pump — преобразование с подкачкой заряда; boost — повышающее преобразование; Iпр — максимальный выходной ток в каждом канале.

Драйвер HT7L4091

Этот драйвер сверхъярких светодиодов бюджетного класса предназначен для систем освещения с питанием от сетей переменного или постоянного тока и ШИМ-управлением яркостью. Источники питания для светодиодов на базе этого прибора отличаются высокой эффективностью и малым токопотреблением в дежурном режиме. Микросхемы используются совместно с выходными ключами на NMOS полевых транзисторах и могут работать в широком диапазоне входных напряжений. Драйверы защищены от перегрузок по току и перегрева. Схемы драйверов содержат минимальное число внешних элементов; площадь, занимаемая элементами схемы, невелика. Микросхемы могут быть использованы для питания светодиодных светильников в корпусах ламп накаливания (рис. 1), светодиодов в линейных светильниках (рис. 2), светодиодных прожекторов (рис. 3), плоскопанельных дисплеев большого размера и для других приложений. Схемы источников питания светодиодов (ИПС) на базе HT7L4091 не содержат электролитических конденсаторов, что увеличивает их надежность, уменьшает себестоимость и улучшает стойкость к перегреву. ИПС могут подключаться непосредственно к сети переменного тока напряжением 85-277 В. Выходное напряжение на цепочках светодиодов может находиться в пределах 6-200 В, выходной ток — от 60 мА до 2 А (в зависимости от типа ключевого MOSFET). Особенности микросхем:

  • режим перестройки частоты переключения для уменьшения побочных излучений;
  • широкий диапазон рабочих напряжений — от +11 до +24 В;
  • малый ток потребления — 0,6 мА;
  • высокая эффективность (КПД) — более 85%;
  • защита от пониженного напряжения питания (UVLO);
  • потактовое ограничение выходного тока;
  • защита от перегрева (ОТР);
  • большой ток управления для мощных полевых транзисторов;
  • линейное и ШИМ-управление яркостью светодиодов;
  • защита от коротких замыканий.

Светодиодные лампы

Рис. 1. Светодиодные лампы

Линейные светильники

Рис. 2. Линейные светильники

Светодиодные прожекторы

Рис. 3. Светодиодные прожекторы

Структура микросхемы приведена на рис. 4.

Структурная схема HT7L4091

Рис. 4. Структурная схема HT7L4091

В ее состав входят: входные компараторы (входы CS, LD); логические элементы «4-И», «2-ИЛИ», генератор стробирующих импульсов; генератор временных интервалов; RS-триггер; схема защиты от пониженного напряжения UVLO, схема защиты от перегрева (ОТР); стабилизатор напряжения +5 В; защитный стабилитрон на напряжение 24 В; выходной усилитель (вывод GDR). Расположение выводов микросхем в корпусах 8-DIP-A/SOP-A приведено на рис. 5.

Расположение выводов микросхемы HT7L4091

Рис. 5. Расположение выводов микросхемы HT7L4091

Назначение выводов:

  • 1 (VIN) — вход, напряжение питания 11-24 В.
  • 2 (CS) — вход. Вывод предназначен для подключения датчика тока Iпр, проходящего через светодиоды. В качестве датчика используется резистор Rcs, включенный в цепь истока выходного MOSFET.
  • 3 (GND) — корпус.
  • 4 (GDR) — выход оконечного драйвера. Вывод подключается к затвору выходного MOSFET.
  • 5 (PDM) — вход управления, предназначен для регулировки яркости свечения светодиодов (управление изменением скважности ШИМ-импульсов).
  • 6 (VDD) — выход внутреннего стабилизатора напряжения LDO +5 В. Вывод соединяется с корпусом через керамический конденсатор 0,1 мкФ.
  • 7 (LD) — вход управления яркостью свечения светодиодов изменением напряжения Uynp (в пределах от 0 до 0,25 В).
  • 8 (RT) — вход, от величины сопротивления между этим выводом и корпусом зависит время выключения внутреннего генератора.

Рекомендованные режимы эксплуатации микросхем:

  • Входное напряжение — UVLO+0,1 В - Vcbmp, где UVLO — порог срабатывания схемы защиты от пониженного напряжения, Vdamp — пороговое входное напряжение.
  • Диапазон рабочих температур--40... +85 °С.
  • Температура хранения--65. +150 °С.
  • Температура корпуса--40... +125 °С.

Основные параметры микросхем приведены в таблице 2. Типовое включение микросхемы приведено на рис. 6, а расположение элементов преобразователя, выполненного по этой схеме, — на рис. 7.

Таблица 2. Параметры микросхем Таблица 2. Параметры микросхем

Параметр Значение
Максимально допустимые параметры микросхем
Пиковый выходной ток 1 А (допустим только для испытаний)
Диапазон рабочих температур -40...+85 °С
Мощность рассеяния при температуре окружающей среды 25 °С 1 Вт
Допустимое электростатическое напряжение (Electrostatic Discharge, ESD) 3 кВ (модель человеческого тела)
Допустимое напряжение ESD в смонтированном устройстве 200 В
Основные электрические параметры
Входной ток (через вывод 1) 0,6 мА, максимальный — 1 мА при входном напряжении 1/вх>17 В, RT = 410 кОм и отключенном выводе 4 (RT — резистор между выводом 8 и корпусом)
Пусковой ток (через вывод 1) 15 мкА, максимальный — 30 мкА при Uri.<15 В, RT = 410 кОм
Пороговое входное напряжение 26 В, максимальное — 27,6 В
Выходное напряжение стабилизатора LDO 4,5-5,5 (номинальное —5 В) при UBx = 12-24 В и отключенном выводе 6
Нестабильность выходного напряжения стабилизатора Не более 100 мВ (при Idd=3 мА или при изменении Urx в пределах 12-24 В)
Напряжения срабатывания/выключения схемы защиты UVLO (H)/UVLO (L) 16/10 В (типовые значения)
Управляющие напряжения «лог. 0»/«лог. 1» на выводе 5 Не менее 0,8 В/не менее 2 В (максимум — 5 В)
Сопротивление входа Ren (между выводом 5 и корпусом) 50-150 кОм
Пороговое напряжение ^s на выводе 2 0,225-0,275 В (типовое — 0,25 В)
Время задержки импульсов Tdelay от вывода 2 на вывод 4 110 нс (типовое значение)
Диапазон управляющих напряжений на выводе 7 0-U„ (не более 5 В)
Время бланкирования Tblank 300 нс (типовое значение)
Время выключения (Off time) Toff 16,4 мкс при RT = 410 кОм
Выходные напряжения включения/выключения на выводе 4 (затвор внешнего MOSFET) Не менее 12 В/не более 0,3 В при Ux = 17 В, /вых = 20 мА
Время нарастания/спада импульсов на выводе 4 120/50 нс, типовые значения при С„т1в = 500 пФ
Порог/гистерезис срабатывания схемы температурной защиты 140 °С/25 °С
Джиттер (девиация частоты переключения)/период модулирующей частоты ±4%/4 мс (частота переключения t,„≈ 60 кГц)
Порог срабатывания схемы защиты от короткого замыкания 0,5 В (типовое значение)

Схема типового включения микросхемы HT7L4091

Рис. 6. Схема типового включения микросхемы HT7L4091

Внешний вид линейного светильника и платы источника питания

Рис. 7. Внешний вид линейного светильника и платы источника питания

Опционные элементы на схеме рис. 6 выделены различными цветами:

  • Зеленым — элементы защиты схемы от скачков сетевого напряжения и коротких замыканий в схеме: быстродействующий предохранитель, варистор MOV, терморезистор NTC.
  • Бирюзовым — элементы помехоподавляю-щего фильтра: симметричный дроссель Lc, пленочные конденсаторы Ca1, Ca2.
  • Оранжевым — элементы Г-образного RC-фильтра, обеспечивающие подавление шумовых составляющих тока MOSFET.
  • Розовым цветом выделены основные элементы понижающего преобразователя.
  • Синим — опционные элементы для регулировки параметров преобразователя.
  • Серым цветом отмечены элементы, устанавливать которые необязательно (в варианте конструкции Holtek, показанной на рис. 7, эти элементы отсутствуют).

Величина прямого тока через светодиоды определяется соотношением сопротивлений Ra, Rb, номиналами сопротивлений (Rs + Rss) и (RT + RTs). В качестве конденсаторов Cf Co можно использовать пленочные конденсаторы емкостью 1 мкФ. Конфигурацию схемы, приведенную на рис. 6, можно использовать при входном напряжении 200-240 В, при этом нагрузкой в исполнении Holtek (рис. 7) является светодиодный кластер из 16 параллельных цепей с десятью последовательно соединенными светодиодами в каждой с общей потребляемой мощностью 10 Вт. При входном напряжении 100-120 В эта же схема в исполнении Holtek нагружена на светодиодный кластер из 20 параллельных цепей с восемью последовательно соединенными светодиодами в каждой общей мощностью 10 Вт. Более высокую эффективность обеспечивает преобразователь, выполненный по схеме, представленной на рис. 8. Компоновка элементов и внешний вид такого преобразователя в исполнении Holtek приведены на рис. 9. КПД преобразователя, выполненного по этой схеме, увеличен за счет применения пассивного корректора коэффициента мощности с фильтром и внешней обратной связи с обмотки Tr. Внешнее управление яркостью свечения светодиодов возможно при использовании микропроцессоров Holtek, например HT7612/BS80X/TinyPower MCU/ (серия МП с малым токопотреблением). ШИМ-импульсы управления от МП подают при этом на вывод PDM микросхемы. Драйвер HT7L4091 совместно с микросхемой HT7612 можно использовать в системах обнаружения на основе пассивных инфракрасных датчиков PIR (Passive Infra Red). Такие системы можно применять для автоматического включения освещения, подачи сигнала тревоги в охранных системах, включения освещения площадок перед домофонами, включения подсветки информационных дисплеев (рис. 10) и в других приложениях. Во всех случаях освещение или подсветка автоматически включаются при вхождении человека в зону действия PIR. Вариант конструкции соответствующего прибора обнаружения в исполнении Holtek приведен на рис. 11, а электрическая принципиальная схема прибора — на рис. 12.

Схема включения эффективного преобразователя

Рис. 8. Схема включения эффективного преобразователя

Компоновка элементов и внешний вид эффективного линейного светильника

Рис. 9. Компоновка элементов и внешний вид эффективного линейного светильника

Варианты применения систем обнаружения с инфракрасными датчиками

Рис. 10. Варианты применения систем обнаружения с инфракрасными датчиками

Конструкция прибора обнаружения Holtek

Рис. 11. Конструкция прибора обнаружения Holtek

Электрическая принципиальная схема драйвера HT7L4091

Рис. 12. Электрическая принципиальная схема драйвера HT7L4091

В состав прибора входят следующие узлы:

  • сетевой выпрямитель;
  • драйвер белых светодиодов большой яркости;
  • пассивный инфракрасный датчик;
  • усилитель с полосовым фильтром;
  • схема задержки выключения освещения;
  • детектор чувствительности день/ночь;
  • переключатель режимов.

Драйвер HT7939

Компания Holtek создала мощный прецизионный драйвер светодиодов HT7939, основные области применения которого — подсветка ЖК-дисплеев различных типоразмеров и системы освещения.

Особенности микросхемы:

  • низкое входное напряжение;
  • встроенный MOSFET;
  • подключение до 39 белых светодиодов при низком напряжении питания;
  • малое токопотребление в дежурном режиме (0,1 мкА);
  • встроенные схемы защиты по напряжению, току и температуре;
  • фиксированная частота переключения — 1,2 МГц;
  • высокая эффективность — до 90%.

Структура и расположение выводов микросхемы приведены на рис. 13.

Микросхема НТ7939: а) структурная схема; б) расположение выводов

Рис. 13. Микросхема НТ7939: а) структурная схема; б) расположение выводов

Назначения выводов микросхемы:

  • 1 (SW) — вывод стока внутреннего MOSFET.
  • 2 (GND) — корпус.
  • 3 (FB) — вход обратной связи. Типовое значение образцового напряжения на этом выводе — около 200 мВ, вывод подключается к датчику выходного тока светодиодов. Примерное значение резистора обратной связи определяется выражением Rfb = 200 мВ/Iпр
  • 4 (EN) — вход для управления яркостью и выключения драйвера. Если не требуется регулировка яркости, вывод оставляют неподключенным.
  • 5 (OVP) — вход схемы защиты от перенапряжения (соединяется с выходом драйвера).
  • 6 (VIN) — входное напряжение (напряжение питания микросхемы).

В таблице 3 приведены основные параметры микросхемы HT7939. Один из вариантов включения микросхемы с ШИМ-регулировкой приведен на рис. 14.

Таблица 3. Основные параметры микросхемы HT7939 Таблица 3. Основные параметры микросхемы HT7939

Параметр Значение
Максимальные напряжения на выводах VIN, FB, OVP, SW 6/6/38/38 В соответственно
Диапазон рабочих температур -40... +85 °С (Ткорп - не более 150 °С)
Порог срабатывания схемы защиты от низкого напряжения 2,4 В (типовое значение)
1вх (по выводу VIN) Не более 2,5 мА (типовое значение - 1 мА)
Максимальный коэффициент заполнения импульсов Не менее 85% (типовое значение - 90%)
Rds встроенного MOSFET 0,5 Ом (типовое значение)
Напряжения высокого/низкого уровней на выводе EN Не менее 2 В/не более 0,8 В

Включение микросхемы НТ7939

Рис. 14. Включение микросхемы НТ7939

Схема обеспечивает питание светодиодного кластера из трех параллельных цепей, каждая из которых состоит из 13 последовательно соединенных светодиодов. В связи с высокой рабочей частотой коммутации высокие требования предъявляются к качеству дросселя нагрузки и шунтирующих конденсаторов (эти элементы должны иметь как можно меньшие потери на высоких частотах). Дроссель выбирают по трем основным параметрам: величина индуктивности, сопротивление по меди (DCR) и ток насыщения. Рекомендации Holtek для приведенной схемы: индуктивность — GS54-100K (100 мкГн) фирмы Gang Song, керамические конденсаторы GRM21BR61E475KA12L (4,7 мкФ) и GRM21BR71E225KA73L (2,2 мкФ) компании Murata. Методики расчета параметров элементов преобразователей HT7939 приведены в их справочных листах [3]. Временные диаграммы напряжений и токов при работе микросхемы в режиме ШИМ-регулировки с частотой повторения импульсов 1 кГц приведены на рис. 15 (нагрузка — 10 параллельных цепей по 3 светодиода в каждой). Большое значение для эффективного функционирования преобразователей на базе рассматриваемой микросхемы имеет корректная разводка печатной платы: должны выполняться требования, предъявляемые к высокочастотным устройствам. Чертежи верхней и нижней частей печатной платы, рекомендованные Holtek, представлены на рис. 16. 

Временные диаграммы сигналов

Рис. 15. Временные диаграммы сигналов

Вид печатной платы: а) со стороны элементов; б) со стороны проводников

Рис. 16. Вид печатной платы: а) со стороны элементов; б) со стороны проводников

Литература

  1. http://www.rusnanoforum.ru/Document.aspx/Download/29215
  2. http://www.holtek.com/English/default.htm
  3. http://www.holtek.com/english/docum/consumer/7939.htm

Скачать статью в формате pdf  Скачать статью в формате pdf


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке