Интегральные модули фирмы PEAK Electronics. Параметры и применение драйверов светодиодов серий PLED
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 драйвера | Uвх, В | Uвых, В | Iвых, мА | КПД, % | Корпус |
| PLED-S-300LF | 7–30 | 2–28 | 300 | до 95 | DIP-14 |
| PLED-S-350LF | 7–30 | 2–28 | 350 | до 95 | DIP-14 |
| PLED-T-500LF | 7–30 | 2–28 | 500 | до 95 | DIP-16 |
| PLED-T-600LF | 7–30 | 2–28 | 600 | до 95 | DIP-16 |
| PLED-T-700LF | 7–30 | 2–28 | 700 | до 95 | DIP-16 |
| PLED-T-1000LF | 7–30 | 2–28 | 1000 | до 95 | DIP-16 |
| PLED-T-350KA | 7–30 | 2–28 | 350 | до 95 | DIP-16WIRE |
| PLED-T-500KA | 7–30 | 2–28 | 500 | до 95 | DIP-16WIRE |
| PLED-T-700KA | 7–30 | 2–28 | 500 | до 95 | DIP-16WIRE |
| PLED-T-1000KA | 7–30 | 2–28 | 1000 | до 95 | DIP-16WIRE |
| PLED-300-LF | 5–36 | 2–32 | 300 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-350-LF | 5–36 | 2–32 | 350 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-500-LF | 5–36 | 2–32 | 500 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-600-LF | 5–36 | 2–32 | 600 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-700-LF | 5–36 | 2–32 | 700 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-800-LF | 5–36 | 2–32 | 800 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-900-LF | 5–36 | 2–32 | 900 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-1000-LF | 5–36 | 2–32 | 1000 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-1100-LF | 5–36 | 2–32 | 1100 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-1200-LF | 5–36 | 2–32 | 1100 | до 96 | DIP-24 |
| PLED-SD-300LF | 5,5–36 | 2–32 | 300 | до 95 | SMD-16 |
| PLED-SD-350LF | 5,5–36 | 2–32 | 350 | до 95 | SMD-16 |
| PLED-SD-500LF | 5,5–36 | 2–32 | 350 | до 95 | SMD-16 |
| PLED-SD-600LF | 5,5–36 | 2–32 | 500 | до 95 | SMD-16 |
| PLED-SD-700LF | 5,5–36 | 2–32 | 700 | до 95 | SMD-16 |
| PLED-S-500LF | 7–30 | 2–28 | 500 | до 95 | DIP-14 |
| PLED-S-700LF | 7–30 | 2–28 | 700 | до 95 | DIP-14 |
| PLED-P-150LF | 7–60 | 2–57 | 150 | до 95 | DIP-24 |
| PLED-P-250LF | 7–60 | 2–57 | 250 | до 95 | DIP-24 |
| PLED-P-300LF | 7–60 | 2–57 | 300 | до 95 | DIP-24 |
| PLED-P-350LF | 7–60 | 2–57 | 350 | до 95 | DIP-24 |
| PLED-P-500LF | 7–60 | 2–57 | 500 | до 95 | DIP-24 |
| PLED-P-600LF | 7–60 | 2–57 | 600 | до 95 | DIP24 |
| PLED-P-700LF | 7–60 | 2–57 | 700 | до 95 | DIP24 |
| PLED-P-1000LF | 7–60 | 2–57 | 1000 | до 95 | DIP24 |
| PLED-P-150KA | 7–60 | 2–57 | 150 | до 97 | DIP24/WIRE |
| PLED-P-250KA | 7–60 | 2–57 | 250 | до 97 | DIP24/WIRE |
| PLED-P-300KA | 7–60 | 2–57 | 300 | до 97 | DIP24/WIRE |
| PLED-P-350KA | 7–60 | 2–57 | 350 | до 97 | DIP24/WIRE |
| PLED-P-500KA | 7–60 | 2–57 | 500 | до 97 | DIP24/WIRE |
| PLED-P-600KA | 7–60 | 2–57 | 600 | до 97 | IP24/WIRE |
| PLED-P-700KA | 7–60 | 2–57 | 700 | до 97 | IP24/WIRE |
| PLED-P-1000KA | 7–60 | 2–57 | 1000 | до 97 | DIP24/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.
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.
с параллельным стабилизатором
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
1 февраля, 2021
3 февраля, 2022
1 августа, 2022