I stalo sie swiatlo_pl

I stało się światło ...
Technologia prze do przodu. Jeszcze do niedawna diody elektroluminescencyjne LED
wykorzystywano tylko w sygnalizacji, do tworzenia efektów świetlnych lub
w wyświetlaczach. Obecnie śmiało zajmują miejsca do niedawna uwaŜane za dla nich
nieosiągalne. Występują juŜ w lampach samochodowych (diody LED typu „automotive”).
Pojawiły się takŜe pierwsze rozwiązania w dziedzinie elementów oświetleniowych, gdzie
diody LED zastępują klasyczne Ŝarówki: między innymi w elementach sygnalizacyjnych
(np. w oparciu o trzonek BA15S) i oświetleniu domowym (w oparciu o popularne trzonki
GU10 lub E27).
Rozwój technologii diod LED i popularności ich zastosowania nie byłby moŜliwy bez
rozwoju elementów półprzewodnikowych stosowanych do sterowania nimi. Diody LED
w tym przypadku wymagają specjalnego podejścia; szczególnie waŜne jest uniezaleŜnienie
się od wartości napięcia zasilającego przy jednoczesnym zapewnieniu stałego prądu.
Wymusiło to na producentach (zarówno zasilaczy, jak i półprzewodników) stworzenie
zupełnie nowych rozwiązań praktycznie przeznaczonych do tylko jednego celu – sterowania
diodami LED. Wśród wielu rozwiązań wyróŜniają się np. popularne drivery firmy Starchips
Technology, pozwalające na sterowanie diodami LED o niewielkich prądach, stosowanymi
w wyświetlaczach lub panelach. Ich uŜycie praktycznie zupełnie uwalnia projektanta
od problemu obsługi diod LED. Układy te:
- komunikują się z systemem, wykorzystując minimalną ilość linii (np. SPI).
- pozwalają na zasilanie diod LED napięciami o szerokim zakresie
- stabilizują prąd płynący przez diody LED (wartość prądu moŜe być regulowana
poprzez dobór odpowiedniego rezystora)
- umoŜliwiają regulację jasności świecenia (np. poprzez wbudowany obwód PWM).
Takie podstawowe drivery (np. Starchips Technology) są powszechnie stosowane
we współczesnych systemach mikrokontrolerowych, ale nie wyczerpują inwencji inŜynierów.
Szczególnie interesująco przedstawiają się rozwiązania proponowane przez niemiecką firmę
PREMA® Semiconductor, która specjalizuje się w produkcji układów ASIC
(Application Specific Integrated Circuit) projektowanych do realizowania określonej funkcji.
Zastępują one całe zestawy układów uniwersalnych, są mniejsze, szybsze i bardziej
niezawodne, a przy tym zuŜywają mniej energii, dzięki czemu są bardziej ekonomiczne.
PREMA® Semiconductor produkuje układy analogowe oraz analogowo-cyfrowe (mieszane)
pracujące z napięciami zasilającymi od 1V aŜ do 80 V. Warto zwrócić uwagę na kilka
proponowanych przez nią rozwiązań.
Układy typu 0,9V Boost Driver
Pierwszą grupę stanowią układy typu 0,9V Boost Driver do sterowania białymi
diodami LED (PR4401, PR4402). Na szczególną uwagę zasługują: moŜliwość pracy
z napięciami od 0,9V, niezwykle mała obudowa (SOT23-3L) oraz konieczność wykorzystania
tylko jednego elementu zewnętrznego. Dzięki temu układ sterujący zajmuje naprawdę
niewiele miejsca, a jego aplikacja jest niezwykle proste i łatwe.
Podstawowe zalety tej rodziny to:
- driver typu „boost”, umoŜliwiający stabilizację prądu diody LED niezaleŜnie
od napięcia sterującego
- minimalne napięcie zasilające 0.9V, pozwalające na zastosowanie pojedynczego
ogniwa NiMH
- maksymalne napięcie zasilania 1,9V (PR4401/PR4402)
-
-
prąd płynący przez diodę LED zaleŜny wyłącznie od zastosowanej indukcyjności
w obwodzie, maksymalnie:
o 20mA dla PR4401
o 40mA dla PR4402
wysoka sprawność (na poziomie 80%)
zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem ogniwa
minimalne rozmiary - obudowa SOT-23 oraz niewielki element indukcyjny
kompatybilność z dowolnymi diodami LED (w tym niebieskimi i UV)
Typowe zastosowania dla tej rodziny to: miniaturowe latarki, układy sygnalizacyjne
w obwodach niskonapięciowych (np. bateryjnych), podświetlenie LCD w zegarkach,
zabawki, modele itp.
Układy typu 0,9V Boost Driver do lamp solarnych
Układy typu PR4403 są rozwiniętą wersją poprzednio omawianych układów typu
0,9V Boost Driver. WyposaŜono je dodatkowo w moŜliwość bezpośredniej współpracy,
od strony zasilania, z panelami solarnymi, przy zastosowaniu minimalnej liczby elementów
dodatkowych.
Klasyczne rozwiązanie lampy solarnej LED opiera się na automatycznej kontroli jasności
świecenia w zaleŜności od otaczających warunków, natomiast panel solarny słuŜy
do ładowania wbudowanego w obwód ogniwa. Taki układ wymaga wielu elementów: diod
Schottky, kondensatorów, rezystorów, dwóch lub trzech akumulatorków oraz fotorezystora
jako czujnika światła. Rozwiązanie w oparciu o układ PR4403 pozwala na wyeliminowanie
wielu z tych elementów, poniewaŜ do magazynowania energii wystarczy pojedyncze ogniwo
NiMH (układ PR4403 pozwala na pracę z napięciem od 0,9V). Podobnie zbędny staje się
fotorezystor, gdyŜ jako czujnik światła pracuje panel solarny połączony bezpośrednio
z układem sterującym. JeŜeli poziom zewnętrznego oświetlenia jest wysoki, logika
wewnętrzna układu PR4403 wyłącza diodę LED, a cała pozyskana energia słuŜy
do ładowania akumulatora. Po przekroczeniu minimalnego poziomu światła zewnętrznego
(moŜna regulować ten poziom za pomocą zewnętrznego rezystora), układ zaczyna
wykorzystywać energię nagromadzoną podczas dnia i sterować świeceniem diody LED.
-
Podstawowe zalety układu PR4403 to:
minimalne napięcie zasilające 0.9V, pozwalające na zastosowanie pojedynczego
ogniwa NiMH
bezpośrednie połączenie z panelem solarnym
prąd diody LED do 40mA (regulacja indukcyjnością zewnętrzną)
mały pobór mocy i wysoka sprawność
zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem ogniwa
moŜliwość ustawienia poziomu oświetlenia zewnętrznego, przy którym włączy się
dioda LED
minimalna liczba elementów zewnętrznych: jeden rezystor, jedna indukcyjność oraz
jedna dioda prostownicza Schottky
brak dodatkowego fotoczujnika
Typowe zastosowania układu PR4403 to: ogrodowe lampy solarne LED, znaki i sygnały
drogowe zasilane z paneli solarnych, latarki solarne, zabawki i modele wykorzystujące panele
solarne, solarne ładowarki do akumulatorów itp.
Układy typu Low Voltage Boost Driver do Power LED
Układy typu PR4404 pozwalają na dostarczenie maksymalnie prądu 150mA
(w układzie z pojedynczą baterią zasilającą) lub prądu 300mA (w układzie z dwoma bateriami
zasilającymi) do zasilania od jednej do trzech diod typu Power LED połączonych szeregowo.
Dodatkowe wejście sterujące HOLD pozwala na regulację PWM jasności świecenia.
-
Podstawowe zalety układu PR4404 to:
moŜliwość zasilania jednego lub dwóch ogniw alkalicznych lub akumulatorków
NiMH
minimalne napięcie zasilające do załączenia układu – 1V
prąd wyjściowy do 300mA
napięcie wyjściowe do 17V
zabezpieczenie przed głębokim rozładowaniem ogniwa
wejście sterujące (np. do załączenia sygnałem z mikrokontrolera)
moŜliwość sterowania jasnością świecenia poprzez zewnętrzny sygnał PWM
Typowe zastosowania układu PR4404 to: oświetlenie domowe, silne latarki, światła
błyskowe, systemy sygnalizacji alarmowej, podświetlenia LCD, oświetlenie dekoracyjne,
zabawki, ładowanie akumulatorów itp.
Układy typu 40V Buck converter do Power LED
Układy konwerterów PR4101 są przeznaczone do sterowania pojedynczą diodą lub grupą
diod Power LED prądem od 100mA aŜ do kilku amperów (zaleŜnie od zastosowanych
elementów zewnętrznych) przy napięciu zasilania od 9V DC aŜ do 40V DC. Rozwiązania
oparte na układzie PR4101 szczególnie dobrze sprawdzają się przy zasilaniu 12V AC lub
24V AC. Pozwala to na zastąpienie oświetlenia halogenowego zasilanego np.
z transformatora.
Układy scalone PR4101 wyposaŜone są takŜe w wiele dodatkowych, przydatnych,
funkcji:
- zabezpieczenie termiczne zarówno układów, jak i diod LED (przy zastosowaniu
dodatkowego czujnika temperatury połączonego z układem)
- moŜliwość pracy w trybie obniŜonego poboru mocy przez układ (Power Down)
- moŜliwość pracy z napięciem zasilającym 12V AC lub 24V AC, co pozwala na prostą
zamianę Ŝarówek halogenowych na diody LED
Podstawowe zalety układu PR4101 to:
- prąd diod LED większy niŜ 1A (zaleŜny od zewnętrznego elementu kluczującego)
- moŜliwość współpracy ze standardowymi ściemniaczami oświetlenia
- kontrola jasności poprzez PWM
- termiczna kompensacja prądu
- zabezpieczenie przed przegrzaniem
- łagodne załączenie diod LED (soft start)
- minimalny poziom zakłóceń EMI
-
wysoka sprawność układu (od 70% do 90% zaleŜnie od warunków pracy)
niewielka obudowa SOP14 (PR4101A) lub SOP8 (PR4101B)
Typowe zastosowania układu PR4101 to: oświetlenie domowe (szczególnie zastępowanie
oświetlenia halogenowego), oświetlenie samochodowe („automotive”), oświetlenie
sygnalizacyjne i ostrzegawcze itp.
Układy typu stałoprądowy 10-Channel LED driver
Układy driverów PR4010 są przeznaczone do klasycznych zastosowań w sterowaniu
stałoprądowym do 10 diod LED. Układ wyposaŜony w 10-bitowy zatrzask oraz interfejs
szeregowy, który ułatwia komunikację z dowolnym systemem mikrokontrolerowym.
Prąd płynący przez diody LED (a co za tym idzie ich jasność świecenia) jest regulowany
poprzez wybór dodatkowego zewnętrznego rezystora. Dodatkowe wejście wygaszające
świecenie diod LED („blank”), poza podstawową swoją funkcją ON/OFF, moŜe być
wykorzystywane takŜe do płynnej regulacji świecenia zewnętrznym sygnałem PWM.
Układy PR4010 pozwalają na ich łączenie kaskadowe, dzięki czemu przykładowo moŜna
sterować matrycami LED o układzie 5x15 punktów (75 diod LED)
-
Podstawowe zalety układu PR4010 to:
wydajność prądowa kaŜdego z wyjść – do 10mA
napięcie zasilania 5V lub 3,3V
róŜnica prądu między kanałami – max 5%
regulacja jasności świecenia diod LED zewnętrznym rezystorem
wejście wygaszające („blank”)
interfejs szeregowy, wewnętrzny rejestr przesuwny z zatrzaskiem
moŜliwość łączenia kaskadowego i współpracy z mikrokontrolerem
Typowe zastosowania układu PR4010 to: bargrafy, wyświetlacze matrycowe LED,
wyświetlacze instrumentowe, sygnalizacja itp.
Jak widać z przedstawionego powyŜej przeglądu, praktycznie kaŜdy konstruktor znajdzie
dla siebie gotowe rozwiązanie, które uwolni go od samodzielnego pokonywania problemu
sterowania diodami LED. Przekłada się to na wymierne korzyści: krótszy czas od projektu
do prototypu, zmniejszenie liczby elementów w układzie, a co za tym idzie, oszczędność
energii pobieranej przez aplikację oraz zmniejszenie wagi i rozmiarów gotowego urządzenia.
Wszystkie te zalety przekładają się na najwaŜniejszą – ekonomiczną – czyli obniŜenie kosztu
i zwiększenie konkurencyjności.
Arkadiusz Węglewski