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

№ 6’2010
PDF версия
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 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.

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

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *