Sposoby zasilania i sterowania diod LED dużej mocy

Samek Piotr, Trębacz Paweł - rok I
Koło naukowe Techniki Cyfrowej
dr inż. Wojciech Mysiński - opiekun koła
Sposoby zasilania i sterowania diod LED dużej mocy
Historia
Dioda LED do produkcji weszła w latach sześddziesiątych w
formie opracowanej przez amerykaoskiego inżyniera Nicka
Holonyaka juniora, który jest uważany za jej wynalazcę.
Możliwe jest, że dioda LED została wynaleziona już wcześniej, w
latach 20. XX wieku. Radziecki technik radiowy Oleg
Wygląd pierwszej diody LED
Władimirowicz Łosew zauważył, że diody używane w
odbiornikach radiowych emitują światło, w latach 1927-30 opublikował łącznie 16 artykułów
opisujących działanie diod elektroluminescencyjnych.
Charakterystyki i zasada działania
Po lewej stronie widzimy cha-kę pracy diody.
Zostało na nią naniesione kilka rodzajów diod:
krzemowa (prostownicza) oraz diody LED:
czerwona, żółta, zielona. Widad, że w zależności
od koloru świecenia, dioda pracuje przy innym
napięciu oraz innym przyroście prądu.
Charakterystyka prądowo-napięciowa diod
Można zaobserwowad także wpływ
temperatury na jasnośd świecenia diody.
Niestety im wyższa temperatura pracy
tym gorsze parametry jasności diody.
Dlatego tak ważne w diodach dużej
mocy jest stosowanie radiatorów.
Zależnośd między temperaturą złącza i jasnością względną
światła emitowanego przez diody typu AlGaInP i GaAs
(długośd emitowanej fali 625 nm)
Charakterystyka kąta świecenia diody
Kolejnym ciekawym parametrem jest oczywiście kąt promieniowania. Tutaj widzimy, iż jest
on całkiem dobry, bowiem wynosi w przybliżeniu 160 stopni zaraz na początku. Potem w
miarę oddalania się od diody kąt zamyka się w takie koło.
Najważniejsze założenia dla układu zasilania diod LED mocy
zasilacz pracujący w trybie prądowy
prąd zasilania od 0,3A – 1,25A
KONIECZNY prąd stabilizowany (zwiększa żywotnośd diod)
przekroczenie maksymalnego prądu przewodzenia spowoduje szybkie zużycie
diody
liniowa lub bliska liniowości zależnośd pomiędzy natężeniem płynącego prądu a
intensywnością świecenia
spadek napięcia na diodzie zależy od rodzaju złącza tej diody, czyli od barwy
światła
Układy zasilania
źródła prądowe
układy impulsowe zbudowane z przetwornic impulsowych indukcyjnych lub
pojemnościowych
przetwornice DC-DC
układy zasilane bezpośrednio z sieci
Parametry zasilaczy
prąd wyjściowy
napięcie wejściowe (zasilania)
napięcie wyjściowe (zasilanie diod połączonych szeregowo)
Rodzaje zasilaczy i ich zabezpieczenia
zasilacze obniżające napięcie (buck)
zasilacze podwyższające napięcie (boost)
zasilacze o napięciu wyższym lub niższym od wejściowego (buck-boost lub SEPIC)
wyjścia sygnalizacji usterki (przebicie, brak diody LED)
obwody przeciwprzepięciowe i przeciwzwarciowe
obwody odłączające napięcie po przekroczeniu maksymalnej temperatury układu
Sterowniki diod LED
Stosowane do kontroli jasności świecenia diod, generowania efektów świetlnych i
korekcji intensywności świecenia pojedynczych diod z zespołu. Przeważnie układy
zasilające posiadają tego typu funkcje. Prąd sterujący jest niewielki np. do 100mA lub
mniej. Jeśli wymagane jest zastosowanie sterownika o większym prądzie to należy
zastosowad dodatkowy stopieo mocy będący zasilaczem diod LED. Większośd zasilaczy
posiada wejście analogowe lub cyfrowe (PWM) do regulacji prądu wyjściowego
zasilającego diodę (należy zwrócid uwagę na maksymalną częstotliwośd wejścia PWM).
Firmy produkujące układy zasilające i sterujące














National Semiconductor
Silicon Touch Technology
Micrel
Exar Diodes Incorporated
Infineon
Linear Technology
Supertex
Maxim Integrated Products
ON Semiconductor (wraz z Catalyst)
Rohm
International Rectifier
STMicroelectronics
Microchip
Analog Devices
Efekt dyskotekowy w oparciu o technologię LED
Przykłady układów zasilania i sterowania
Zasilacz typu BOOT dla jasnych diod LED, zbudowany przy użyciu układu LM3410
Przykładowe rozwiązanie układowe drivera LED LM3405A
Układ zasilacza diod LED o wydajności prądowej 2,2A-14A
Przetwornica impulsowa DC-DC o wydajności prądowej 1,5A
Podstawowy schemat układu
zasilacza diod LED z układem
ZXLD1366
Porównanie stałoprądowych zasilaczy diod LED: z użyciem elementów dyskretnych (rys. u góry)
i z dedykowanym zasilaczem TLE 4242 G (rys. u dołu)
Tutaj widad od razu patrząc na cha-kę I(U), że lepiej zastosowad zasilacz TLE 4242G, który chroni przed zbyt
wysokim prądem.
Schemat zasilacza diod LED LTM3517
Schemat użycia układu MAX16834
Schemat aplikacyjny układu IRS2540,1
Przetwornica DC-DC ADP1653
Zastosowania techniki LED
 oświetlenia budynków
 oświetlenia ulic
 latarki
 oświetlenie wnętrz samochodowych
 reflektory samochodowe
 oświetlenia pomieszczeo (zamiast żarówek)
 sygnalizatory
 kontrolki w panelach sterowniczych
 zabawki
 zegarki
 telewizory (ogólnie sprzęt AGD i RTV)
Budynek Torre Agbar w Hiszpanii oświetlony diodami LED
 wyświetlacze LCD
 lampy/lampki
 efekty dyskotekowe
 tablice reklamowe
 wyświetlacze diodowe
 znaki drogowe
 rzutniki i projektory
Oświetlenie mostu Clyde Bridge w Glasgow
Zalety diod LED
Niski pobór prądu
długa żywotnośd LED (nawet 50 tys. – 100
tys. godzin)
niewielkie rozmiary
mała waga
niskie napięcie zasilania (bezpieczeostwo
użytkowania)
duża tolerancja na skrajne temperatury
pracy
(od -40°C do +80°C) i składowania (nawet do
+100°C)
odporne na wstrząsy, upadki, uderzenia
szeroka gamma kolorów
możliwośd wysterowania jasności świecenia
wielośd zastosowao
przyjazne oku widmo emitowanego światła
wysoka sprawnośd energetyczna
łatwośd montażu
szybkośd działania (warunki robocze w ok.
100ns)
Literatura:
- Elektronika Praktyczna maj 05/2009
- www.edw.com.pl