Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода. Драйвер микросхема


Микросхемы драйверов сверхъярких светодиодов - RadioRadar

Светотехника

Главная  Радиолюбителю  Светотехника

Зажечь светодиод несложно, для этого достаточно подключить его в прямом включении через ограничивающий резистор к источнику питания. Но этот способ крайне неэкономичен, так как на ограничивающем резисторе создается большое падение напряжения, а значит, и большие потери. Кроме того, ток через светодиод и яркость его свечения при подобном включении будут крайне нестабильны. Для повышения КПД и стабильности свечения светодиодов используются драйверы на специализированных микросхемах. О некоторых из них пойдет речь в настоящей статье. Автор рассматривает ряд микросхем-драйверов фирмы Monolithic Power Systems (MPS).

Классификация микросхем драйверов на основе DC/DC-преобразователей

Микросхемы драйверов для питания сверхъярких светодиодов можно найти в устройствах разной сложности от светодиодных фонариков до мобильных телефонов, цифровых фотоаппаратов, компьютеров и т.д. Одно из самых распространенных применений светодиодов - это схемы светодиодной подсветки ЖК дисплеев. Драйверы для устройств с автономным питанием имеют, как правило, высокий КПД (более 90%). Они представляют собой регулируемые импульсные повышающие или повышающе-понижающие DC/DC-преобразователи. Можно встретить так называемые емкостные драйверы со схемой вольтодо-бавки и индуктивные драйверы. В них обычно применяется стабилизация выходного тока (то есть тока светодиодов), что обеспечивает стабильную яркость свечения светодиодов. Реже для этого используется стабилизация напряжения на светодиодах.

Емкостные преобразователи со схемой вольтодобавки называют также преобразователями с подкачкой заряда. Это буквальный перевод английского термина Charge Pump, которым обозначают эти схемы в иностранной технической литературе и документации. Они могут работать как повышающе-понижающие преобразователи. Бесспорными достоинствами драйверов Charge Pump являются их простота и низкая себестоимость.

В качестве повышающе-понижающих DC/DC-преобразователей в драйверах также применяют индуктивные преобразователи SEPIC-архитектуры (Single-ended primary-inductor converter - одновыводной первичный преобразователь на индуктивности), преимуществами которых являются несколько большие выходной ток и КПД, чем у преобразователей со схемой вольтодобавки. Повышающие преобразователи также нашли основное применение в устройствах с низковольтным питанием. Они имеют высокий КПД и большой выходной ток при остальных средних показателях. Особенности драйверов на DC/DC-преобразователях, приведенных в [1], сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Особенности драйверов на основе DC/DC-преобразователей

Тип преобразователя

Сложность

Стоимость

Размеры

КПД

Выходной ток

Преобразователь со схемой вольтодобавки (Charge Pump)

Низкая

Низкая

Малые

Средний

Малый

Преобразователь типа SEPIC

Высокая

Высокая

Большие

Выше среднего

Выше среднего

Повышающий преобразователь

Средняя

Средняя

Средние

Высокий

Большой

Понижающий преобразователь

Средняя

Средняя

Средние

Высокий

Средний

Понижающие преобразователи в бытовой технике применяются в качестве драйверов светодиодов довольно редко. Поэтому рассмотрим особенности схемотехники драйверов остальных трех типов на микросхемах фирмы Monolithic Power Systems подробнее.

Драйверы для питания сверхярких светодиодов со схемой вольтодобавки (Charge Pump) от MPS

Микросхема MP1519 представляет собой драйвер для питания четырех белых светодиодов со схемой вольтодобавки (Charge Pump) с питанием от источника 2,5...5,5 В (см. рис. 1).

Функциональная схема микросхемы MP1519

Рис. 1. Функциональная схема микросхемы MP1519

Микросхема изготавливается в миниатюрном 16-выводном корпусе QFN16 размером 3x3 мм. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 2.

Таблица 2. Назначение выводов микросхемы MP1519

№ вывода

Обозначение

Назначение

1

LED4

Выход на анод светодиода 4

2

NC

Не используется

3, 10

GND

"Земля"

4

C1A

На положительный вывод конденсатора вольтодобавки С1

5, 13

BATT

Вход напряжения питания 2,5...5,5 В

6

C2A

На положительный вывод конденсатора вольтодобавки С2

7

C1B

На отрицательный вывод конденсатора вольтодобавки С1

8

LEDC

Выход на катоды светодиодов (общий)

9

C2B

На отрицательный вывод конденсатора вольтодобавки С2

12

EN

Вход разрешения включения и регулировки яркости (димминга) светодиодов

14

LED1

Выход на анод светодиода 1

15

LED2

Выход на анод светодиода 2

16

LED3

Выход на анод светодиода 3

ИМС MP1519 содержит датчик напряжения батареи, контроллер управления, генератор тока, источник опорного напряжения (ИОН) запретной зоны, четыре источника тока (стабилизатора) светодиодов и схему вольтодобавки.

Последовательно с каждым светодиодом внутри микросхемы включен стабилизатор тока (Current Source - источник тока), причем генератор тока управляет режимом всех четырех источников тока. Контроллер управления обеспечивает автоматический выбор режима вольтодобавки, "мягкий" старт и т.п. Схема вольтодобавки преобразует напряжение питания в импульсы частотой 1,3 МГц, которые выпрямляются и заряжают накопительные конденсаторы С1 и С2. При использовании схемы вольтодобавки для питания светодиодов напряжение батареи суммируется с напряжениями на этих конденсаторах. Для правильной работы схемы вольтодобавки конденсаторы С1 и С2 должны иметь одинаковую емкость. Одной из особенностей микросхемы MP1519 является автоматическое переключение кратности вольтодобавки: 1x, 1,5x и 2x. Это обеспечивает оптимально-эффективную стабилизацию токов, а, значит и яркости светодиодов при изменении напряжения питания (например, при старении или замене батареи). Для этого при работе микросхема непрерывно контролирует ток светодиодов и напряжение батареи.

Чтобы предотвратить перегрузку батареи, в микросхеме MP1519 используется "мягкий" запуск и "мягкое" переключение режимов вольтодобавки.

Ток светодиодов задается резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле:

R1(кОм) = 31,25/ILED(мА)

При наличии напряжения питания 2,5...5,5 В на выв. 5 и 13 ИМС включение драйвера обеспечивается подачей высокого уровня напряжения на вход разрешения EN (выв. 12) этой микросхемы. При включении контроллер микросхемы MP1519 анализирует величину напряжения питания, ток светодиодов и включает тот или иной режим кратности вольтодобавки. Драйвер выключается (гашение светодиодов) низким уровнем на выв. 12 с задержкой 30 мкс.

По входу EN может осуществляться как аналоговый, так и ШИМ димминг светодиодов. Именно для ШИМ димминга необходима задержка выключения микросхемы. Для этого на вход разрешения EN подается внешний управляющий ШИМ сигнал частотой 50 Гц...50 кГц. Когда импульс управляющего сигнала заканчивается, ток светодиодов и их яркость плавно уменьшаются до нуля в течение 30 мкс. Чем больше скважность импульсов управления, тем меньше средняя яркость свечения светодиодов. При частоте сигнала управления более 50 кГ ц яркость регулируется неэффективно, а при частоте ниже 50 Гц становится заметным моргание светодиодов.

Для аналогового димминга на выв. 11 MP1519 подается постоянное напряжение регулировки через делитель напряжения R2 R1 (см. рис. 2). Изменением этого напряжения от 0 до 3 В на входе делителя R2 R1 можно изменять ток светодиодов от 0 до 15 мА.

Цепь регулировки яркости постоянным напряжением

Рис. 2. Цепь регулировки яркости постоянным напряжением

Компания MPS выпускает еще две микросхемы близких по схемотехнике и цоколевке к MP1519 - это MP1519L и MP3011.

Микросхема MP1519L рассчитана на работу с тремя белыми светодиодами и отличается от MP1519 тем, что у MP1519L выв. 1 не используется. Она изготавливается в корпусах QFN16 (3x3 мм) и TQFN16 (3x3 мм). Микросхема MP3011 рассчитана на работу только с двумя белыми светодиодами. У этой микросхемы также не используется выв. 14. Эта микросхема выпускается в корпусе QFN16 (3x3 мм).

Драйверы для питания сверхъярких светодиодов на основе повышающих (Boost, Step-Up) DC/DC-преобразователей от MPS

Подробное описание микросхемы MP2481 можно найти в [2], поэтому рассмотрим следующие микросхемы: MP3204, MP3205, MP1518, MP1523, MP1528, MP1521, MP1529 и MP1517.

Микросхема MP3204 представляет собой классический повышающий DC/DC-преобразователь, который при входном напряжении 2,5...6 В позволяет получить на последовательно соединенных светодиодах постоянное напряжение до 21 В. Максимально к MP3204 можно подключить до пяти светодиодов, но для оптимального управления изготовитель рекомендует подключать к выходу микросхемы три белых светодиода (см. рис. 3).

Схема включения микросхемы MP3204

Рис. 3. Схема включения микросхемы MP3204

Микросхема содержит генератор 1,3 МГц, ШИМ, усилитель сигнала обратной связи, усилитель сигнала от датчика тока и выходной ключ на полевом транзисторе. Она изготавливается в миниатюрном корпусе TSOT23-6. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 3.

Таблица 3. Назначение выводов микросхемы MP3204

№ вывода

Обозначение

Назначение

1

SW

Вывод стока выходного ключа

2

GND

"Земля"

3

FB

Вход цепи обратной связи

4

EN

Вход разрешения (включения). Активный уровень - высокий

5

OV

Вход защиты по превышению выходного напряжения

6

IN

Напряжение питания

Драйвер на MP3204 (рис. 3) работает следующим образом. Микросхема включается подачей высокого уровня на вход разрешения EN (выв. 4). Когда выходной ключ (выв. 1 и 2) замкнут, через дроссель L1 идет нарастающий ток от источника питания и в сердечнике дросселя создается магнитное поле. Когда выходной ключ размыкается, в дросселе возникает ЭДС самоиндукции ("+" справа на рис. 4 и "-" слева), которая складывается с напряжением питания схемы. Этим суммарным напряжением через диод D1 заряжается накопительный конденсатор С2. Напряжение с этого конденсатора используется для питания последовательно соединенных светодиодов.

В качестве конденсатора входного фильтра С1 и накопительного конденсатора на выходе С2 обычно используются керамические конденсаторы. Емкость накопительного конденсатора С2 0,22 мкФ достаточна для большинства применений, но ее допустимо увеличить до 1 мкФ. Дроссель L1 должен иметь небольшое сопротивление постоянному току. В позиции D1 устанавливается диод Шоттки с прямым током 100...200 мА. Резистор R1, включенный последовательно со светодиодами, используется как датчик тока светодиодов. Для стабилизации тока светодиодов напряжение с R1, пропорциональное этому току, поступает на вход обратной связи FB микросхемы. Сопротивлением резистора R1 задается ток светодиодов.

Зависимость тока светодиодов от сопротивления резистора R1 приведена в таблице 4.

Таблица 4. Зависимость тока светодиодов от R1

Ток светодиодов, мА

Резистор R1, Ом

1

104

5

20,8

10

10,4

15

6,93

20

5,2

Для защиты источника питания от перегрузки при включении микросхема имеет встроенную схему "мягкого" запуска (soft start).

В микросхеме предусмотрены аналоговый и ШИМ димминг, причем, существуют три различных способа регулировки яркости. Для аналоговой регулировки используется цепь, показанная на рис. 4.

Цепь аналогового димминга

Рис. 4. Цепь аналогового димминга

При изменении регулирующего напряжения от 2 до 0 В ток светодиодов изменяется от 0 до 20 мА.

Кроме аналогового димминга могут использоваться два способа ШИМ димминга.

Суть первого способа заключается в том, что сигнал ШИМ с частотой до 1 кГц подается непосредственно на вход EN (выв. 4). Ток и яркость свечения светодиодов обратно пропорциональны скважности управляющих ШИМ импульсов, то есть прямо пропорциональны длительности этих импульсов.

При втором способе сигнал ШИМ частотой более 1 кГц подают на вход обратной связи FB (выв. 3) через развязывающий фильтр (см. рис. 5).

Цепь ШИМ димминга по входу FB

Рис. 5. Цепь ШИМ димминга по входу FB

Микросхема имеет защиту от перегрузки при уменьшении входного напряжения (Under Voltage Lockout) с порогом срабатывания 2,25 В и гистерезисом 92 мВ и защиту от перегрузки по превышению выходного напряжения, например при обрыве одного из светодиодов. Для этого выходное напряжение преобразователя подается на вход схемы защиты OV (выв. 5). Эта защита срабатывает при значении выходного напряжения 28 В и выключает преобразователь. Для повторной попытки его включения необходимо выключить, а затем опять включить питание схемы.

В микросхеме MP3205, в отличие от MP3204, отсутствует защита по выходному напряжению и вход OV Микросхема MP3205 изготавливается в 5-выводном корпусе TSOT23-5. Выв. 5 корпуса TSOT23-5 этой микросхемы по расположению и по назначению соответствует выв. 6 микросхемы MP3204 в корпусе TSOT23-6.

Очень близки по параметрам и схемотехнике к микросхемам MP3204 и MP3205 микросхемы MP1518 и MP1523, которые рассчитаны на управление до 6-ти светодиодами. MP1518 изготавливается в корпусах TSOT23-6 и QFN-8. Микросхема MP1518 в корпусе TSOT23-6 по выводам полностью совпадает с MP3204.

Микросхема MP1523 изготавливается только в корпусе TSOT23-6 и имеет ряд отличий от MP1518.

Цоколевка микросхемы MP1523 практически совпадает с MP3205, но отличается от нее тем, что выв. 5 (BIAS) MP1523 может подключаться или к плюсу источника питания (2,7...25 В) - почти как выв. 5 (IN) микросхемы MP3205, или к выходу схемы (к катоду D1). В последнем случае в микросхеме MP1523 будет работать схема защиты от перегрузки по превышению выходного напряжения с порогом срабатывания 28 В. Резистор-датчик тока, включенный последовательно со светодиодами, для этой микросхемы должен иметь сопротивление 20 Ом. Микросхема MP1523 не имеет схемы регулировки яркости светодиодов.

Еще один повышающий драйвер для питания 9-ти светодиодов выполняется на микросхеме MP1528 (корпус QFN6 размером 3x3 мм или MSOP8, в нем микросхема в маркируется как MP1528DK). Назначение выводов MP1528 приведено в таблице 5.

Таблица 5. Назначение выводов микросхемы

№ вывода

Обозначение

Назначение

QFN6

MSOP8

1

2

FB

Вход цепи обратной связи

2

3

GND

"Земля"

3

4

SW

Вывод стока выходного ключа

4

5

BIAS

Вход напряжения питания (смещения) ИМС. При использовании защиты OV он подключен к катоду D1, в другом случае подключен к источнику питания

5

6

EN

Вход разрешения (включения). Активный уровень - высокий

6

7

BRT

Вход аналогового и/или ШИМ димминга

-

1, 8

NC

Не используются

Типовая схема включения микросхемы MP1528 незначительно отличается от остальных рассмотренных выше драйверов (см. рис. 6).

Схема включения микросхемы MP1528DQ (в корпусе QFN6)

Рис. 6. Схема включения микросхемы MP1528DQ (в корпусе QFN6)

Для обеспечения максимальной яркости свечения светодиодов на вход BRT надо подать напряжение более 1,2 В. Ток светодиодов при максимальной яркости определяется резистором R1, сопротивление которого можно рассчитать по формуле:

R1(кОм) = UВАТТ/(3·ILED(мА))

Аналоговый димминг осуществляется изменением постоянного напряжения на выводе BRT от 0,27 до 1,2 В.

Для обеспечения ШИМ димминга на вход BRT подается ШИМ сигнал частотой от 100 до 400 Гц, низкий уровень которого не должен превышать 0,18 В, а высокий должен быть не менее 1,2 В.

Микросхема имеет защиту от превышения выходного напряжения, с порогом срабатывания 40 В, а также защиту от понижения входного напряжения (порог срабатывания 2,1...2,65 В) и температурную защиту с порогом 160°С.

Один из самых мощных драйверов на DC-DC преобразователях от фирмы MPS - это микросхема MP1529 (мощнее из рассматриваемых ИМС только MP1517). Микросхема MP1529 должна быть особенно интересна читателям, так как она применятся в цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и мобильных телефонах со встроенной цифровой фотокамерой. Она может управлять тремя цепями (линиями) последовательно включенных белых сверхъярких светодиодов.

Две из этих линий (LED1 и LED2) из шести светодиодов каждая, используются для задней подсветки жидкокристаллических (ЖК) индикаторов, а третья (LED3) из четырех светодиодов - для фотовспышки и для освещения объектов в темное время (режим Preview).

Напряжение питания микросхемы MP1529 составляет 2,7...5,5 В, а выходное напряжение - 25 В. Она имеет защиту от превышения выходного напряжения с порогом срабатывания 28 В, а также защиту от понижения входного напряжения с порогом срабатывания 2...2,6 В и гистерезисом 210 мВ. MP1529 имеет также температурную защиту (160°С) и изготавливается в корпусе QFN16 размером 4x4 мм. Назначение выводов MP1529 приведено в таблице 6, а типовая схема включения - на рис. 7.

Таблица 6. Назначение выводов микросхемы MP1529

№ вывода

Обозначение

Назначение

1

EN1

Входы разрешения 1 и 2 (см. таблицу 8). Имеют внутренние подтягивающие резисторы

2

EN2

3

COMP

Выход компаратора на накопительный конденсатор на входе каскада ШИМ

4

SS

На конденсатор схемы "мягкого" запуска (ШИМ таймера)

5

LED3

Выход на цепь 4-х светодиодов 3 (вспышки)

6

GND

"Земля"

7

LED2

Выход на цепь 6-ти светодиодов 2 (задней подсветки дисплея)

8

LED1

Выход на цепь 6-ти светодиодов 1 (задней подсветки дисплея)

9

ISET1

Выводы подключения резисторов, задающих токи цепей светодиодов LED1/LED2/LED3 соответственно до 30, 150 и 150 мА

10

ISET2

11

ISET3

12

OUT

Вход схемы защиты от перегрузки

14

SW

Вывод стока выходного ключа

16

IN

Вход напряжения питания

13,15

PGND

"Земля" силовой части

Схема включения микросхемы MP1529

Рис. 7. Схема включения микросхемы MP1529

Входы разрешения EN1 и EN2 используются для включения различных режимов. Если на обоих входах низкий логический уровень L (0,3 В), то все 16 светодиодов будут погашены. Если на входе EN2 сохранить низкий уровень, а на EN1 установить высокий уровень H (1,4 В), то светодиоды вспышки (LED3) останутся выключенными, а 12 светодиодов подсветки (цепочки LED1 и LED2) будут светиться максимально ярко. Максимальная яркость и ток светодиодов подсветки задаются сопротивлением резистора RS1 (подключен к выв. 9). Если же при этом на вход EN1 подать управляющий ШИМ сигнал частотой 1...50 кГц, то в зависимости от скважности этого сигнала будет меняться яркость свечения светодиодов подсветки. Если на входе разрешения EN2 установить низкий логический уровень, дополнительно включится цепь из четырех светодиодов (LED3) в режиме освещения (preview). При этом ток светодиодов LED3 будет определяться сопротивлением резистора RS2 (выв. 10). Если на вход EN1 подать низкий уровень, а на EN2 высокий то светодиоды подсветки LED1 и LED2 погаснут, а светодиоды LED3 засветятся максимально ярко (режим вспышки). В этом режиме ток светодиодов LED3 задается сопротивлением резистора RS3 (выв. 11).

Сопротивление резисторов RS1, RS2 и RS3 (в кОм) рассчитывается по формулам:

RS1 = (950·USET)/ILED_BL

RS1 = (1100·USET)/ILED_PV

RS1 = (1000·USET)/ILED_FL

где USET - внутреннее опорное напряжение 1,216 В, ILED_BL - ток (в мА) одной из цепей светодиодов задней подсветки LED1 или LED2, ILED_PV - ток (в мА) светодиодов LED3 в режиме освещения, ILED_FL - ток (в мА) светодиодов LED3 в режиме вспышки.

Информация о режимах работы микросхемы MP1529 в зависимости от логических уровней на входах разрешения EN1 и EN2 сведена в таблицу 7.

Таблица 7. Режимы работы микросхемы MP1529 в зависимости от сигналов на входах EN1 и EN2

Режим

Вход

Цепочки светодиодов

EN1

EN2

LED1 и LED 2

LED3 (Flash)

Выключено

L*

L

Выключено

Выключено

Задняя подсветка

H* (ШИМ)

L

Включено (режим ШИМ)

Выключено

Задняя подсветка и освещение

H (ШИМ)

H

Включено (режим ШИМ)

Ток освещения

Вспышка

L

H

Выключено

Ток вспышки

* L - низкий уровень, H - высокий уровень

Конденсаторы С1 и С2 - это накопительные конденсаторы фильтров на входе и выходе схемы соответственно, С3 - накопительный конденсатор фильтра управляющего напряжения на входе каскада ШИМ (этот ШИМ обеспечивает стабилизацию выходного напряжения), С4 - конденсатор схемы "мягкого" запуска (ШИМ таймера).

Микросхема MP1521 при напряжении питания 2,7 В позволяет подключать к ней до 9-ти, а при напряжении питания 5 В - до 15-ти сверхъярких светодиодов. Максимальное напряжение питания ИМС равно 25 В. MP1521 выпускается в корпусах MSOP10 (MP1521EK) и QFN16 (MP1521EQ). Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 8, а схема включения для питания 9-ти светодиодов - на рис. 8.

Таблица 8. Назначение выводов микросхемы MP1521 в корпусах MSOP10, QFN16 (3x3 мм)

№ вывода

Обозначение

Назначение

MSOP

QFN

1

16

IN

Вход напряжения питания. Если UBATT

2

2

EN

Вход разрешения (включения). Активный уровень - высокий (1...10 В)

3

4

REF

Вывод опорного напряжения 1,23 В с нагрузочной способностью 200 мкА

4

5

BRT

Вход аналоговой и/или ШИМ регулировки яркости

5

7

FB3

Входы обратной связи для 3-х последовательных цепей светодиодов. При подключении одной или двух цепей светодиодов неиспользуемые входы надо подключать к любому используемому

6

8

FB2

7

9

FB1

8

10

OLS

Вход защиты от повышенного выходного напряжения при обрыве нагрузки (Open Load Shutdown)

9

11, 12

GND

"Земля"

10

14

SW

Вывод стока выходного ключа

-

1, 3, 6, 13, 15

N/C

Не используются

Схема включения микросхемы MP1521 в корпусе MSOP10

Рис. 8. Схема включения микросхемы MP1521 в корпусе MSOP10

Резисторы R1, R2 и R3 (рис. 8) - датчики тока светодиодов.

При аналоговом димминге на вход EN подают напряжение в пределах 0,3...1,2 В, а при ШИМ диммминге - сигнал ШИМ частотой 100...400 Гц с низким уровнем не более 0,18 В и высоким не более 1,2 В.

Повышающий преобразователь и преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517

Микросхему MP1517 изготовитель рекомендует использовать не только как повышающий DC/DC-преобразователь, но и как преобразователь типа SEPIC (Single-Ended Primary Inductance Converter - одновыводной первичный преобразователь на индуктивности). Напряжение питания этой микросхемы лежит в пределах 2,6...25 В. Она изготавливается в корпусе QFN16 размером 4x4 мм. Назначение выводов микросхемы MP1517 приведено в таблице 9, а типовая схема включения - на рис. 9.

Таблица 9. Назначение выводов микросхемы MP1517

№ вывода

Обозначение

Назначение

1

COMP

Выход усилителя ошибки схемы стабилизации на RC-фильтр

2, 6, 14

NC

Не используются

3

BP

Вывод подключения конденсатора развязки внутреннего источника 2,4 В

4

EN

Вход разрешения (включения). Активный уровень - высокий (более 1,5 В)

5, 13

SGND

"Земля" сигнальной части

7

OLS

Вход защиты от повышенного выходного напряжения при обрыве нагрузки (Open Load Shutdown)

8

IN

Вход напряжения питания. Если UBATT мало, то IN подключается к выходу

9, 10

SW

Вывод стока выходного ключа

11, 12

PGND

"Земля" силовой части

15

SS

На конденсатор схемы "мягкого" запуска

16

FB

Вход цепи обратной связи

Типовая схема включения микросхемы MP1517 для питания 18-ти светодиодов

Рис. 9. Типовая схема включения микросхемы MP1517 для питания 18-ти светодиодов

Эта схема отличается от предыдущих (см. рис. 6 или 8) только тем, что для стабилизации тока светодиодов используется датчик тока одной последовательной цепи светодиодов из трех. Поэтому остановимся подробнее только на описании схемы DC/DC-преобразователя типа SEPIC на MP1517 (см. рис. 10).

DC/DC-преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517

Рис. 10. DC/DC-преобразователь типа SEPIC на микросхеме MP1517

Особенностью преобразователя SEPIC является то, что напряжение на его выходе может быть как больше, так и меньше входного, что обеспечивается наличием разделительного конденсатора С8 (см. [3, 4]). Схема на рис. 10 вырабатывает напряжение 3,3 В на выходе при изменении входного напряжения от 3 до 4,2 В. Всякий преобразователь типа SEPIC собирается на основе импульсного повышающего преобразователя, что легко заметить и на приведенной схеме. Кроме того, этот повышающий преобразователь (на L1, D2) используется для питания самой микросхемы.

Рассмотрим, как работает преобразователь SEPIC на MP1517 в устойчивом режиме.

В результате предыдущей работы к моменту отпирания внутреннего ключа МС на полевом транзисторе конденсатор С8 будет заряжен ("+" - слева на рис. 10, "-" - справа). При открывании этого ключа С8 будет разряжаться через дроссель L2, в котором будет накапливаться энергия видеизменяю-щегося магнитного поля. Кроме того, магнитную энергию будет накапливать и дроссель L1, по которому будет протекать нарастающий ток от источника питания через этот же внутренний ключ микросхемы. При запирании ключа в дросселе L1 возникает ЭДС ("+" - справа, "-" - слева), которая складывается с напряжением источника питания и заряжает С8 ("+" - слева, "-" - справа) через D1 и конденсатор С2. Помимо этого, в L2 возникает ЭДС ("+" - вверху, "-" - внизу), заряжающая С2 через D1. При следующем отпирании внутреннего ключа микросхемы процесс повторится.

Величина напряжения на выходе преобразователя (на С2) зависит в первую очередь от скважности импульсов управления ключом и от тока нагрузки.

R1 R2 - делитель напряжения обратной связи, которая обеспечивает стабилизацию выходного напряжения, С6 - конденсатор фильтра напряжения ошибки. С5 - развязывающий резистор, а С4 - конденсатор схемы "мягкого" запуска.

Литература

1. Денг К. "Сравнение емкостных и индуктивных преобразователей постоянного тока". "Электронные компоненты". №8. 2007.

2. Цветков Д. "Новый регулируемый DC/DC-преобразователь для питания мощных светодиодов". "Современная Электроника". № 9. 2008.

3. Иоффе Д. "Разработка преобразователей импульсного напряжения с топологией SEPIC". "Компоненты и технологии". №9. 2006.

4. Ридли Р. "Анализ преобразователя SEPIC". "Компоненты и технологии". №5. 2008.

Автор: Игорь Безверхний (г. Киев)

Источник: Ремонт и сервис

Дата публикации: 19.08.2016

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:

www.radioradar.net

Драйвер (электроника) - это... Что такое Драйвер (электроника)?

Микросхема-драйвер RS-232

Драйвер (англ. driver — управляющее устройство, водитель) — электронное устройство, предназначенное для преобразования электрических сигналов, целью которого является управление чем-либо. Драйвером обычно называется отдельное устройство или отдельный модуль, микросхема в устройстве, обеспечивающие преобразование электрических управляющих сигналов в электрические или другие воздействия, пригодные для непосредственного управления исполнительными или сигнальными элементами.

Под определение драйвера подпадают многочисленные устройства:

  • Шинные формирователи, предназначенные для передачи сигналов с одного уровня цифрового устройства на другой с преобразованием уровня, усилением нагрузочной способности и другими особенностями. Такие устройства обеспечивают передачу данных между различными логическими блоками по общим линиям связи внутри вычислительных машин.
  • Формирователи сигналов интерфейсов цифровых электронных устройств, предназначенные для преобразования, приема и передачи цифровых сигналов и согласования электрических парметров с особенностями линии связи. Наиболее известными представителями таких драйверов считаются формирователи интерфейсов RS-232 (COM — порт), RS-485, RS-422, CAN, LIN, Ethernet, USB, IEEE 1394 и т. д.
  • Устройства управления различными типами исполнительных устройств, такими как электромагниты, электродвигатели (в том числе шаговые), сигнальные лампы, дозаторы (в том числе печатающие головки принтеров), сервоприводы, звуковые сигналы и т. д.[1]
  • Модули питания и управления устройствами, требующими соблюдения определенных рабочих параметров в процессе включения, выключения и работы. Ярким примером можно считать драйверы светодиодов, поскольку к питанию светодиодных устройств предъявляются повышенные требования[2].

Драйверы светодиодов

Светодиоды в отличие от других излучающих свет приборов (ламп, светильников), не могут быть включены в бытовую сеть. Более того, светодиоды не могут питаться фиксированным напряжением, которое указано в паспорте. Устройство питания светодиода должно иметь элементы, ограничивающие ток через светодиод в соответствии с его характеристиками. Светодиод, как и любой полупроводниковый диод, имеет нелинейную вольт-амперную характеристику, которая меняется под воздействием температуры и, хоть и незначительно, но отличается у разных излучателей, даже выпущенных в одной партии. Поэтому ограничивающие ток элементы должны учитывать как разброс параметров светодиодов, температурный и временной уход, так и изменения питающего напряжения.

Наиболее простым решением для ограничения тока может считаться резистор, включенный последовательно с светодиодом, однако, такой вариант не слишком экономичен. Немалая часть подводимой мощности будет выделяться на этом резисторе в виде тепла. Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше он будет греться, но и тем больше будет меняться ток при изменении параметров.

Другой способ питания — стабилизация тока через светодиод с помощью электронной схемы. Для таких целей выпускаются специальные микросхемы, содержащие один или несколько стабилизирующх ток выходов. При использовании такого решения, напряжение питания может быть подобрано таким, что выделяемая на драйвере активная мощность была минимальной. Драйверы с стабилизацией тока и с управлением от микроконтроллера используются в электронных светодиодных табло, где требуется управлять включением, выключением и яркостью не только каждого пиксела, но и его цветом[3].

В некоторых применениях, например батарейном питании, напряжения источника не хватает для включения светодиода. В таких устройствах используются повышающие преобразователи, специально разработанные для эффективного использованя светодиодных излучателей[4].

Для питания мощных белых светодиодов в осветительных устройствах применяются специальные блоки — электронные драйверы светодиодов, представляющие собой эффективные импульсные преобразователи питания, которые стабилизируют не напряжение на своём выходе, а ток[5][6]. Такие драйверы позволяют включить один или несколько светодиодов, соединенных в одну последовательную цепочку. Несколько параллельных цепочек таким драйвером питаться не могут, поскольку ток в отдельных цепочках может сильно отличаться[2].

Мостовой драйвер

Драйверы исполнительных устройств

В современной автоматике, да и в бытовой технике, зачастую двигатель или электромагнит включается не выключателем, а контроллером. Скоростью вращения, направлением позволяют управлять логические устройства с формирователями на выходе — силовыми драйверами[7]. Входы такого драйвера совместимы с логическим устройством, а на выходе формируется необходимое напряжение нужной полярности и, в случае шагового двигателя, необходимая последовательность.

См. также

Примечания

  1. ↑ Петропавловский Ю. Современные микросхемы управления двигателями постоянного тока фирм ROHM и Toshiba. Современная электроника № 2 2010 г.
  2. ↑ 1 2 Бирюков Е. Элементная база и способы её применения для решения задач управления питанием светодиодов. Компоненты и технологии № 11 2006 г.
  3. ↑ Селиванов М. Светодиодные драйверы производства фирмы SiTI. Компоненты и технологии № 2 2008 г.
  4. ↑ Никитин А.Применение импульсных повышающих преобразователей фирмы National Semiconductor для управления светодиодами. Компоненты и технологии № 8 2007 г.
  5. ↑ Евстифеев А.Практический опыт применения микросхемы Supertex HV9910. Компоненты и технологии № 12 2009 г.
  6. ↑ Ричардсон К. Драйверы светодиодных ламп уличного освещения производства National Semiconductor. Компоненты и технологии № 4 2011 г.
  7. ↑ Драйвер двигателей L293D

dic.academic.ru

Отечественные микросхемы драйверов светодиодов | Техника и Программы

В табл. 3.12 приведен перечень основных отечественных типов ИМС базовой серии драйверов светодиодов, предназначенных для управления различными типами светодиодов и источников света на их основе.

Таблица 3.12. ИМС драйверов светодиодов, выпускаемых отечественной промышленностью

Таблица 3.12 (продолжение)

Таблица 3.12 (окончание)

Здесь представлены их основные технические характеристики, функциональное назначение, типы корпусов, отличительные особенности. На основании этой таблицы разработчик радиоэлектронной аппаратуры может выбрать конкретный тип микросхемы, в наибольшей степени соответствующий условиям решаемой им технической задачи по созданию высокоэффективного энергосберегающего светодиодного источника.

Действительно, спектр используемых напряжений питания Ucc этих микросхем лежит в диапазоне минимальных значений 2,5—10 В до 20—400 В при частотах работы от 20—30 кГц до 0,8-1,6 МГц. Собственные максимальные токи потребления микросхем лежат в диапазоне от 0,1 мкА (в состоянии) «выключено») до 0,35 мкА, выходные токи светодиодов — от 5 мА до 1,5 А.

Если у большинства перечисленных в табл. 3.12 микросхем имеются зарубежные функциональные аналоги, то у ряда оригинальных микросхем присутствуют дополнительные функциональные возможности, существенно упрощающие их использование в составе законченных блоков и узлов радиоаппаратуры.

Так, например, при использовании в составе электронного блока управления светодиодным светильником микросхемы высоковольтного драйвера с повышенной надежностью типа TKL201 не требуется использовать обязательные для других микросхем внешние электролитические конденсаторы. А в конструкции кристалла этой микросхемы имеются встроенные блоки дополнительной защиты от перегрева кристалла, от повышенного напряжения, от повышенного тока и др. Для реализации этих функций в микросхемах используются компараторы на рМОП и пМОП-транзисторах. Необходимым условием работы компараторов является стабильность их порогов для обеспечения требуемых параметров микросхем (см. цв. вклейку, рис. 3.82*).

Для аппаратуры с батарейным питанием широко применяют ИМС драйверов светодиодов на основе повышающего преобразования, т.е. применяют повышающий импульсный стабилизатор. На рис. 3.83 представлена функциональная схема микросхемы повышающего стабилизатора IZ1937 (драйвера для трех белых светодиодов, питающегося от литий-ионной батареи), предназначенного для управления светодиодами белого цвета, а на рис. 3.84 — типовая схема ее применения в составе устройства светодиодной подсветки.

Рис. 3.83. Функциональная схема микросхемы ΙΖ1937

Рис. 3.84. Типовая схема применения микросхемы ΙΖ1937: VD1 — диод Шоттки; VD2-VD4 — светодиоды

Вход V|N повышающего импульсного стабилизатора для управления светодиодами белого цвета подключается к батарее или аккумулятору. С течением времени любая батарея или аккумулятор разряжается. Напряжение на выводе FB (Fly Back) стабилизатора всегда постоянно, что обеспечивается использованием встроенного широтно-импульсного модулятора, и составляет порядка 100 мВ. Следовательно, стабилизируется и величина тока, протекающего через светодиоды LED1, LED2, LED3. Частота работы стабилизатора составляет 1,2 МГц. Численное значение тока через светодиоды задается номиналом резистора R1 (от 5 мА при R\ = 19,1 Ом до 20 мА при Л1 = 4,75 Ом).

На рис. 3.85—3.87 приведены типовые схемы применения других микросхем IL7150N, IL7150D; IL9910; IZ9921/22/23. Как видно из этих рисунков, функциональные возможности и электрические параметры представленных в табл. 3.12 микросхем позволяют создавать широкий спектр энергосберегающих высокоэффективных светодиодных источников освещения для разных типов выпускаемых промышленностью светодиодов с применением минимального количества внешних по отношению к микросхемам дискретных элементов (резисторов, диодов, конденсаторов, индуктивностей и транзисторов). Более подробную информацию о микросхемах для светодиодной техники и особенностях их практического применения в составе конкретных осветительных приборах можно получить в литературе [36—42].

Рис. 3.85. Типовая схема применения микросхемы IL7150N, IL7150D

Рис. 3.86. Типовая схема применения микросхемы IL9910

Рис. 3.87. Типовая схема применения микросхем ΙΖ9921/22/23

Источник: Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С., Полупроводниковая силовая электроника, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. цв. вкл.

nauchebe.net

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.

Я публиковал несколько обзоров светодиодов, пришло время написать чем их можно кормить.В обзоре учавствуют три позиции деталей (ссылки и цены присутствуют), но все они нужны для одной цели, сделать драйвер для светодиода.

Сразу извиняюсь за заглавное фото, оно упорно пытается масштабироваться по своему, исправить я не смог, более правильное на странице продавца.

Все знают, что светодиоды питаются током, желательно стабилизированным, что бы не менялась яркость при изменении напряжения. Для этой цели служит драйвер, по сути стабилизатор тока.Ограничивать ток можно простыми микросхемами типа LM317 и специально предназначенными для этого стабилизаторами тока (на муське есть обзор одной такой детали), но они выделяют обычно достаточно много тепла, так как имеют низкий КПД. А ведь преимущество светодиодов как раз в высоком КПД.Более интересными являются импульсные стабилизаторы тока, они посложнее, но имеют гораздо больший КПД, особенно если напряжение питания сильно отличается от напряжения на светодиоде.Да, многие скажут что такой драйвер проще купить в Китае и не заморачиваться, соглашусь.Но ведь всегда приятнее сделать что то своими руками. Собственно я так и решил, заказывая компоненты для драйвера.Возможно я изобретаю велосипед. Но в обзоре учавствуют компоненты, которые пригодятся для многих других задач, и возможно многим будет полезна информация о том, что на продают и что мы получаем на самом деле.

Начну собственно с микросхемы. Это довольно хорошо известная любителям светодиодов PT4115. описание — www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdfМикросхема имеет вывод для управления яркостью. Вход, насколько я понял, может управляться и ШИМом или изменением напряжения. Вход довольно высокоомный, так как при прикосновении к этому выводу светодиод начинал мерцать с частотой 100Гц.

Стоимость лота из 10 штук — 2 доллара.После заказа микросхемы продавец отписался что посылка будет без трека и спросил, устроит ли это меня, я решил что 2 доллара не те деньги что бы сильно беспокоиться и дал добро.Через некоторое время в почтовом ящике я обнаружил конверт.

Внутри был пакетик с необходимыми мне микросхемами.

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Проверил одну микросхему, подключив ее навесным монтажом, отписал продавцу что все в порядке, подтвердил получение и стал ждать остальные детали.

После этого пришли дроссели. aliexpress.com/item/NEW-12-12-7-68UH-standard-word-680-shielded-inductor-SMD-Power-Inductors-20pieces/1496762525.htmlСтоимость лота из 20 штук 7.36 доллара.

Их уже принесли мне на дом (впрочем как и следующий заказ).Они были упакованы в картонную коробочку, хотя мне такая мера кажется излишней.К слову у нас такие дроссели стоят значительно дороже, да и покупал я их не только для этого.

Собственно дроссели, Индуктивность 68 мкГн, ток 1.6 или 1.8 Ампера (у продавца не указано, потому ориентировочно), размеры 12х12х7мм.

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Замер индуктивности показал отклонение в пределах погрешности.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Аналогично первому случаю подтвердил заказ, оставил хороший отзыв.

Ну и в конце пришли диоды Шоттки. Так как вещь в хозяйстве нужная, то заказал я их сотню.Хотел больше, но не стал рисковать.aliexpress.com/item/Free-Shipping-100pcs-IN5822-SS34-DO-214AC-1N5822-SMD-Schottky-Barrier-Diodes/882503650.htmlЦена лота из 100 штук 5.26 доллара. У нас они тоже стоят дороже.

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Диоды промаркированы как SS34, на самом деле они меньше, по габаритам и характеристикам полностью соответствуют диодам SS24. www.onsemi.ru.com/pub_link/Collateral/SS24-D.PDFСделал замер падения напряжения на диоде при токе в 1 Ампер и меня он устроил.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.На этом часть закупок на Алиэкспресс закончилась. В принципе на этом можно было и обзор закончить, но купить детали и не опробовать их в деле было бы неправильно. Потому естественно было решено довести дело до какого то логического конца.

Когда был у нас на рынке, попутно купил smd резисторы 1206 сопротивлением 1 Ом для датчика тока.Думал сначала купить сразу низкоомные резсторы как в даташите на микросхему, но они выходят значительно дороже и если захочется настроить на разные токи, то надо покупать несколько номиналов, в общем неудобно, а резисторы 1 Ом я и так иногда использую.в итоге получилось, что 1 такой резистор примерно соответствует току 0.1 Ампера, два параллельно 0.2 Ампера и т.д. smd резисторы и конденсаторы удобно паяются друг на друга потому можно легко подбирать необходимый ток.Конденсаторы на входной фильтр питания и обрезки текстолита у меня были, а больше ничего не требуется.

Ну в общем стал я изобретать свой велосипед драйвер. накидал побыстрому платку в Спринте, схема из даташита, потому придумывать ничего не пришлось.подобрал кусочек текстолита что бы сделать сразу 5 плат (планирую переделать 5 галогеновых светильников на светодиоды).

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Печатная плата в Спринте 6

Перенёс на текстолит.

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Вытравил, просверлил отверстия, порезал на отдельные платки, пролудил дорожки и промыл от остатков флюса.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Собрал все необходимые компонетыМикросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.На выходе получилась такая платка, она больше по размерам чем продающиеся у китайцев, но имеет более мощный дроссель и два параллельных диода, соответственно меньшие потери и большую надежность, а габариты мне были совершенно некритичны.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.После этого естественно захотелось проверить (куда же без этого).Проверял с этими светодиодами — mysku.ru/blog/aliexpress/24091.html

Попутно выяснилось, что микросхема ток стабилизирует нормально, но все равно при полуторакратном повышении напряжения на входе, ток на выходе хоть несильно, но меняется.Но я немного грешу на то, что может быть большая погрешность из-за пульсирующего тока (выходной ток измерял последовательно со светодиодом).Можно было конечно померять ток при помощи резистора и осциллографа, но я счел это излишним, так как хорошо было заметно переход с линейного режима до ограничения тока, и последующий переход в режим стабилизации в режиме с ШИМ стабилизацией.

Номинал шунта был 1/6=0,166 Ома.

При таких параметрах на входе, на выходе был ток 0.7 Ампера.

Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.При таких ток на выходе был 0.65 АмпераМикросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Перед пороговым напряжением перехода в режим ШИМ стабилизации я получил максимальный ток —Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.Микросхема и другие компоненты драйвера мощного светодиода.При плавном повышении напряжения питания, входной ток сначала плавно рос, после перехода в режим стабилизации и дальнейшем повышении начинал плавно падать, что говорит о работе ШИМ стабилизации.Кстати, при очень плавном повышении напряжения питания заметен переход, яркость светодиода сначала плавно увеличивается, после перехода скачкообразно снижается процентов на 10, после этого (при дальнейшем повышении входного напряжения) больше не меняется.Видимо так микросхема отрабатывает включение ШИМ стабилизации.Нагрев при токе 600мА практически не чувствуется, бесконтактно мерять нечем, а контактное измерение внесет большую погрешность.Пробовал давать на выход 1 Ампер, нагрев конечно увеличивался, но несильно. да и нагрев был только у микросхемы. В общем остался доволен.

Спросите почему не купил готовое на том же Али?-Детали пригодятся и в других поделках.-Хотелось немного «размять руки».-Затраты на все компоненты получились примерно 1 доллар на 1 плату.-Решил протестировать не готовое устройство, а детали, так как их применяют не только в драйверах.-На выходе получил устройство надежнее, чем предлагают магазины Китая.

Очень надеюсь, что данный обзор будет полезен.

www.kirich.blog

Использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней IR2110 — объяснение и примеры схем

Быть может, после прочтения этой статьи вам не придётся ставить такие же по размерам радиаторы на транзисторы. Перевод этой статьи.

Небольшое обращение от переводчика:Во-первых, в данном переводе могут быть серьёзные проблемы с переводом терминов, я не занимался электротехникой и схемотехникой достаточно, но всё же что-то знаю; также я пытался перевести всё максимально понятно, поэтому не использовал такие понятия, как бутсрепный, МОП-транзистор и т.п. Во-вторых, если орфографически сейчас уже сложно сделать ошибку (хвала текстовым процессорам с указанием ошибок), то ошибку в пунктуации сделать довольно-таки просто. И вот по этим двум пунктам прошу пинать меня в комментариях как можно сильнее.

Теперь поговорим уже больше о теме статьи — при всём многообразии статей о построении различных транспортных средств наземного вида (машинок) на МК, на Arduino, на <вставить название>, само проектирование схемы, а тем более схемы подключения двигателя не описывается достаточно подробно. Обычно это выглядит так: — берём двигатель — берём компоненты — подсоединяем компоненты и двигатель — … — PROFIT!1!

Но для построения более сложных схем, чем для простого кручения моторчика с ШИМ в одну сторону через L239x, обычно требуется знание о полных мостах (или H-мостах), о полевых транзисторах (или MOSFET), ну и о драйверах для них. Если ничто не ограничивает, то можно использовать для полного моста p-канальные и n-канальные транзисторы, но если двигатель достаточно мощный, то p-канальные транзисторы придётся сначала обвешивать большим количеством радиаторов, потом добавлять кулеры, ну а если совсем их жалко выкидывать, то можно попробовать и другие виды охлаждения, либо просто использовать в схеме лишь n-канальные транзисторы. Но с n-канальными транзисторами есть небольшая проблема — открыть их «по-хорошему» подчас бывает довольно сложно.

Поэтому я искал что-нибудь, что мне поможет с составлением правильной схемы, и я нашёл статью в блоге одного молодого человека, которого зовут Syed Tahmid Mahbub. Этой статьёй я и решил поделится.

Во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи верхнего уровня. Также во многих ситуациях мы должны использовать полевые транзисторы как ключи как и верхнего, так и нижнего уровней. Например, в мостовых схемах. В неполных мостовых схемах у нас есть 1 MOSFET верхнего уровня и 1 MOSFET нижнего уровня. В полных мостовых схемах мы имеем 2 MOSFETа верхнего уровня и 2 MOSFETа нижнего уровня. В таких ситуациях нам понадобится использовать драйвера как высокого, так и низкого уровней вместе. Наиболее распространённым способом управления полевыми транзисторами в таких случаях является использование драйвера ключей нижнего и верхнего уровней для MOSFET. Несомненно, самым популярным микросхемой-драйвером является IR2110. И в этой статье/учебнике я буду говорить о именно о нём.

Вы можете загрузить документацию для IR2110 с сайта IR. Вот ссылка для загрузки: http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2110.pdf

Давайте для начала взглянем на блок-схему, а также описание и расположение контактов:

Рисунок 1 — Функциональная блок-схема IR2110

Рисунок 2 — Распиновка IR2110

Рисунок 3 — Описание пинов IR2110

Также стоит упомянуть, что IR2110 выпускается в двух корпусах — в виде 14-контактного PDIP для выводного монтажа и 16-контактного SOIC для поверхностного монтажа.

Теперь поговорим о различных контактах.

VCC — это питание нижнего уровня, должно быть между 10В и 20В. VDD — это логическое питание для IR2110, оно должно быть между +3В и +20В (по отношению к VSS). Фактическое напряжение, которое вы выберете для использования, зависит от уровня напряжения входных сигналов. Вот график:

Рисунок 4 — Зависимость логической 1 от питания

Обычно используется VDD равное +5В. При VDD = +5В, входной порог логической 1 немного выше, чем 3В. Таким образом, когда напряжение VDD = +5В, IR2110 может быть использован для управления нагрузкой, когда вход «1» выше, чем 3 (сколько-то) вольт. Это означает, что IR2110 может быть использован почти для всех схем, так как большинство схем, как правило, имеют питание примерно 5В. Когда вы используете микроконтроллеры, выходное напряжение будет выше, чем 4В (ведь микроконтроллер довольно часто имеет VDD = +5В). Когда используется SG3525 или TL494 или другой ШИМ-контроллер, то, вероятно, придётся их запитывать напряжением большим, чем 10В, значит на выходах будет больше, чем 8В, при логической единице. Таким образом, IR2110 может быть использован практически везде.

Вы также можете снизить VDD примерно до +4В, если используете микроконтроллер или любой чип, который даёт на выходе 3.3В (например, dsPIC33). При проектировании схем с IR2110, я заметил, что иногда схема не работает должным образом, когда VDD у IR2110 был выбран менее + 4В. Поэтому я не рекомендую использовать VDD ниже +4В. В большинстве моих схем уровни сигнала не имеют напряжение меньше, чем 4В как «1», и поэтому я использую VDD = +5V.

Если по каким-либо причинам в схеме уровень сигнала логической «1» имеет напряжение меньшее, чем 3В, то вам нужно использовать преобразователь уровней/транслятор уровней, он будет поднимать напряжение до приемлемых пределов. В таких ситуациях я рекомендую повышение до 4В или 5В и использование у IR2110 VDD = +5В.

Теперь давайте поговорим о VSS и COM. VSS это земля для логики. COM это «возврат низкого уровня» — в основном, заземление низкого уровня драйвера. Это может выглядеть так, что они являются независимыми, и можно подумать что, пожалуй, было бы возможно изолировать выходы драйвера и сигнальную логику драйвера. Тем не менее, это было бы неправильно. Несмотря на то что внутренне они не связаны, IR2110 является неизолированным драйвером, и это означает, что VSS и COM должны быть оба подключены к земле.

HIN и LIN это логические входы. Высокий сигнал на HIN означает, что мы хотим управлять верхним ключом, то есть на HO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал на HIN означает, что мы хотим отключить MOSFET верхнего уровня, то есть на HO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в HO, высокий или низкий, считается не по отношению к земле, а по отношению к VS. Мы скоро увидим, как усилительные схемы (диод + конденсатор), используя VCC, VB и VS, обеспечивают плавающее питания для управления MOSFETом. VS это плавающий возврат питания. При высоком уровне, уровень на HO равен уровню на VB, по отношению к VS. При низком уровне, уровень на HO равнен VS, по отношению к VS, фактически нулю.

Высокий сигнал LIN означает, что мы хотим управлять нижним ключом, то есть на LO осуществляется вывод высокого уровня. Низкий сигнал LIN означает, что мы хотим отключить MOSFET нижнего уровня, то есть на LO осуществляется вывод низкого уровня. Выход в LO считается относительно земли. Когда сигнал высокий, уровень в LO такой же как и в VCC, относительно VSS, фактически земля. Когда сигнал низкий, уровень в LO такой же как и в VSS, относительно VSS, фактически нуль.

SD используется в качестве контроля останова. Когда уровень низкий, IR2110 включен — функция останова отключена. Когда этот вывод является высоким, выходы выключены, отключая управление IR2110. Теперь давайте взглянем на частые конфигурации с IR2110 для управления MOSFETами как верхних и нижних ключей — на полумостовые схемы.

Рисунок 5 — Базовая схема на IR2110 для управления полумостом

D1, C1 и C2 совместно с IR2110 формируют усилительную цепь. Когда LIN = 1 и Q2 включен, то C1 и С2 заряжаются до уровня VB, так как один диод расположен ниже +VCC. Когда LIN = 0 и HIN = 1, заряд на C1 и С2 используется для добавления дополнительного напряжения, VB в данном случае, выше уровня источника Q1 для управления Q1 в конфигурации верхнего ключа. Достаточно большая ёмкость должна быть выбрана у C1 для того чтобы её хватило для обеспечения необходимого заряда для Q1, чтобы Q1 был включён всё это время. C1 также не должен иметь слишком большую ёмкость, так как процесс заряда будет проходить долго и уровень напряжения не будет увеличиваться в достаточной степени чтобы сохранить MOSFET включённым. Чем большее время требуется во включённом состоянии, тем большая требуется ёмкость. Таким образом меньшая частота требует большую ёмкость C1. Больший коэффициент заполнения требует большую ёмкость C1. Конечно есть формулы для расчёта ёмкости, но для этого нужно знать множество параметров, а некоторые из них мы может не знать, например ток утечки конденсатора. Поэтому я просто оценил примерную ёмкость. Для низких частот, таких как 50Гц, я использую ёмкость от 47мкФ до 68мкФ. Для высоких частот, таких как 30-50кГц, я использую ёмкость от 4.7мкФ до 22мкФ. Так как мы используем электролитический конденсатор, то керамический конденсатор должен быть использован параллельно с этим конденсатором. Керамический конденсатор не обязателен, если усилительный конденсатор — танталовый.

D2 и D3 разряжают затвор MOSFETов быстро, минуя затворные резисторы и уменьшая время отключения. R1 и R2 это токоограничивающие затворные резисторы.

+MOSV может быть максимум 500В.

+VCC должен идти с источника без помех. Вы должны установить фильтрующие и развязочные конденсаторы от +VCC к земле для фильтрации.

Давайте теперь рассмотрим несколько примеров схем с IR2110.

Рисунок 6 — Схема с IR2110 для высоковольтного полумоста

Рисунок 7 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с независимым управлением ключами (кликабельно)

На рисунке 7 мы видим IR2110, использованный для управления полным мостом. В ней нет ничего сложного и, я думаю, уже сейчас вы это понимаете. Также тут можно применить достаточно популярное упрощение: HIN1 мы соединяем с LIN2, а HIN2 мы соединяем с LIN1, тем самым мы получаем управление всеми 4 ключами используя всего 2 входных сигнала, вместо 4, это показано на рисунке 8.

Рисунок 8 — Схема с IR2110 для высоковольтного полного моста с управлением ключами двумя входами (кликабельно)

Рисунок 9 — Схема с IR2110 как высоковольтного драйвера верхнего уровня

На рисунке 9 мы видим IR2110 использованный как драйвер верхнего уровня. Схема достаточно проста и имеет такую же функциональность как было описано выше. Есть вещь которую нужно учесть — так как мы больше не имеем ключа нижнего уровня, то должна быть нагрузка подключённая с OUT на землю. Иначе усилительный конденсатор не сможет зарядится.

Рисунок 10 — Схема с IR2110 как драйвера нижнего уровня

Рисунок 11 — Схема с IR2110 как двойного драйвера нижнего уровня

Если у вас проблемы с IR2110 и всё постоянно выходит из строя, горит или взрывается, то я уверен, что это из-за того, что вы не используете резисторы на затвор-исток, при условии, конечно, что вы всё спроектировали тщательно. НИКОГДА НЕ ЗАБЫВАЙТЕ О РЕЗИСТОРАХ НА ЗАТВОР-ИСТОК. Если вам интересно, вы можете прочитать о моем опыте с ними здесь (я также объясняю причину, по которой резисторы предотвращают повреждения): http://tahmidmc.blogspot.com/2012/10/magic-of-knowledge.html

Для дальнейшего чтения я рекомендую это: http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-978.pdf

Я видел как на многих форумах, люди бьются с проектированием схем на IR2110. У меня тоже было много трудностей прежде чем я cмог уверенно и последовательно строить успешные схемы драйвера на IR2110. Я попытался объяснить применение и использование IR2110 довольно тщательно, попутно всё объясняя и используя большое количество примеров, и я надеюсь, что это поможет вам в ваших начинаниях с IR2110.

geektimes.com


Смотрите также