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)
zasilacze obniżające napięcie (buck) Rodzaje zasilaczy i ich zabezpieczenia 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
Przetwornica DC-DC ADP1653 Schemat aplikacyjny układu IRS2540,1
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) wyświetlacze LCD Budynek Torre Agbar w Hiszpanii oświetlony diodami LED lampy/lampki efekty dyskotekowe tablice reklamowe wyświetlacze diodowe znaki drogowe rzutniki i projektory Oświetlenie mostu Clyde Bridge w Glasgow 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) Zalety diod LED 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