magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

Texas PowerTips cikksorozat lid melletti abra 14 reszA led a világítástechnika közeljövőjének vitathatatlan főszereplője folyamatosan foglalkoztatja a teljesítményelektronikai fejlesztőket, mivel a led kitűnő optikai és hatásfok-paramétereiért „minőségi villanyt” előállító tápegységgel kell fizetni. Erre mutat egy „rendhagyó” megoldást Robert Kollman e havi cikke.

.

 

Olcsó, jó minőségű ledmeghajtó

 

A ledek gyártási költségeinek csökkenésével egyre gyakrabban találkozunk velük a hordozható készülékektől a gépkocsikon át az épületvilágításig húzódó széles alkalmazási spektrum minden lehetséges zónájában. Nagy megbízhatóságuk (50 ezer órát is meghaladó átlagos működési élettartamuk, nagy (175 lm/W-ot is meghaladó) hatásfokuk és gyors válaszidejük (a bekapcsolást majdnem azonnal követő fénykibocsátásuk) nagyon vonzó fényforrásokká teszik őket a felhasználók szemében. Alkalmazásuk viszont nem problémamentes.

A ledek fénykibocsátása a rajtuk átfolyó áramtól függ, következésképpen a stabil fénykibocsátáshoz a leden eső feszültségtől függetlenül állandó áramot kell fenntartani. Nagyon gyakori követelmény a fénykibocsátás vezérlése, a „dimming” (a fényáram vezérlése a teljes sötétségtől a teljes fényerőig húzódó tartományban). Például szükség lehet egy kijelző vagy egy épületvilágítás fényáramának szabályozására is. Ez két módon valósítható meg: egyrészt a leden átfolyó egyenáram változtatásával, másrészt az üzemi áram impulzusüzemű, szélességmodulált változtatásával. Ezek közül az egyenáram változtatása, a kevésbé hatékony mivel a fényáram nem arányos a leden folyó villamos árammal, és a led színspektruma is hajlamos eltolódni a névlegesnél kisebb munkaponti egyenáramnál.

Emlékeznünk kell arra, hogy az emberi szemben keletkező ingerület a fényintenzitás exponenciális függvénye, amely miatt nagy arányban kell változtatni a leden átfolyó átlagos áramot a teljes fényintenzitás-tartomány lefedéséhez. Ennek az áramköri tervezésre nézve mélyreható következményei vannak, ugyanis 3%-os áramszabályozási hiba akár 30% vagy ennél is nagyobb hibát okozhat a fényintenzitásban (nem is beszélve arról a 10%-nyi hibáról, amelyet az alkatrészek pontatlansága okoz). Az impulzusszélesség-modulációval (Pulse Width Modulation – PWM) létrehozott fényerősség-szabályozás pontosabb, viszont ez utóbbinál a fényerősség-szabályozás nagyobb válaszideje okozhat nehézséget. A világítástechnikában és a kijelzők megvilágításánál ajánlatos a 100 Hz-et meghaladó impulzusfrekvencia használata, mivel ez az emberi szemben már nem kelt villogásérzetet.

Az 1. ábra egy nagyon egyszerű, nagyon olcsó kapcsolóüzemű feszültségcsökkentő (buck) szabályozót mutat, amely nagyon gyors válaszidejű fényerő-szabályozásra is alkalmas. Az MC33063 áramkörön alapul, amely belső kapcsolótranzisztorból, határ­áram-túllépést figyelő komparátorból, oszcillátorból és belső referenciaforrásból áll. A „tiltás”- (Disable) -funkciót egy olyan kivezetéssel lehet megvalósítani, amelyet rendszerint feszültségszabályozásra szokás használni. Ha ebben az alkalmazásban 1,25 V-ot meghaladó feszültséget kapcsolunk erre a kivezetésre, az letiltja a tápegység működését, az ennél alacsonyabb viszont engedélyezi a működést. Az áramkör engedélyezett állapotában hiszterézises áramhatároló üzemmódban működik, mivel
a feszültségvisszacsatolás nincs megvalósítva. Az oszcillátor első impulzusára a teljesítménykapcsoló bekapcsolódik. Ekkor a bemeneti feszültség a kapcsolón keresztül az áramérzékelő ellenállásból, a ledből és az induktivitásból álló soros láncra kapcsolódik. Az áramérzékelő komparátor érzékeli azt a pillanatot, amikor az áram eléri a 350 mA-es értéket, és ekkor kikapcsolja a teljesítménykapcsolót. Ekkor az induktivitás feszültsége előjelet vált, és meghaladja a bemeneti feszültség értékét, mire a szabadonfutó dióda vezető állapotba kerül. Az induktivitáson és a leden addig folyik az áram, amíg a kapcsoló újból be nem kapcsol a következő kapcsolási ciklus kezdetén.

Ez az áramkör nagyon jól adaptálható a különböző típusú alkalmazások körülményeihez. Ha egy 40 V-os, 1,5 A-es kapcsolóüzemű szabályozóval építjük fel, az igen jól használható a hordozható készülékek, háztartási eszközök és autós alkalmazások megvalósítására, mindenütt tehát, ahol az egyszerűség és az olcsó kivitel fontos. Az alapvető áramköri felépítés sokkal szélesebb alkalmazási területre is kiterjeszthető, bár nem biztos, hogy a hisz­terézis és a tiltás-/engedélyezés-funkciót ilyen egyszerűen sikerül megvalósítani egy másik áramkörrel.

 

ti_powertips_14_2012_5_abra_1

1. ábra Az MC33063 áramkör alkalmazása olcsó ledmeghajtóként

 

ti_powertips_14_2012_5_abra_2

2. ábra A hiszterézises áramvezérlés gyors PWM-reakcióidőt eredményez

 

Az 1. ábrán látható áramkört megépítettük és teszteltük. A 2. ábra mutatja a „tiltás” jel hatását és az ennek eredményeképpen kialakuló áramjelalakot a leden. A led fényerejét ezzel a jellel akár 500 Hz-es impulzusfrekvenciával lehet szélességmoduláltan vezérelni. Az áram fel- és lefutási ideje kevesebb, mint 100 μs. Ha a leden folyó áramban nagyobb váltakozó áramú komponenst is megengedünk, kisebb értékű induktivitással is megoldható a feladat, és tovább javulnak a fel- és lefutási idők is. Mindazonáltal az 500 Hz-es PWM-fényerőszabályozás a legtöbb alkalmazáshoz megfelelő.

 

Összegezve:

annak ellenére, hogy az MC33063 (és hasonló) kapcsolóüzemű szabályozókat nem kimondottan ledek meghajtására ajánlják, mégis egészen jól szerepelnek ebben a feladatkörben. Hibaerősítőjük bemenetét tiltásra, illetve szélességmodulált vezérlésre lehet felhasználni, az áramfigyelő komparátoruk gyors válaszidőt és pontos árambeállítást tesz lehetővé, beépített kapcsolótranzisztoruk miatt pedig kisméretű és egyszerű áramkört lehet megvalósítani.

Erről és más teljesítményelektronikai megoldásokról a www.ti.com/power-ca weblapon talál az olvasó további információkat.

Köszönetet mondok Dave Parks kollégámnak (Texas Instru­ments), hogy segített elvégezni a cikkhez szükséges kísérleteket.

 

Forrás:

[1] Betten, John, “LED Lighting Illuminates Buck Regulator Design,” Power Electronics Technology, October 1, 2007

[2] http://powerelectronics.com/power_management/lighting_power_management/led-buck-regulator-design-feedback-loop-1007/

 

 

www.power.ti.com

http://www.ti.com/ww/hu/cikkek-szakirodalom.html

 

A cikksorozat korábbi részei:

1. rész

2. rész

3. rész

4. rész

5. rész

6. rész

7. rész

8. rész

9. rész

10. rész

11. rész

12. rész

13. rész

 

 

 

A szerző

robert_kollmanRobert Kollman, a Texas Instruments műszaki állományának kiemelt tagja, vezető alkalmazástechnikai mérnök. Több mint 30 év tapasztalattal rendelkezik a teljesítményelektronikában és egy ideig induktív alkatrészeket tervezett az 1 W alattitól a csaknem 1 MW-ig terjedő teljesítménytartományú elektronikus áramkörökhöz, egészen a megahertzes kapcsolási frekvenciákig. Robert Kollman a Texas A&M Egyetemen BSEEdiplomát, majd a Déli Metodista Egyetemen Master-fokozatot (MSEE) szerzett. A cikksorozattal kapcsolatban a powertips@list.ti.com címen érhető el.

 
 
 

 

   
Advertisement
--!>