El principio de funcionamiento de la fuente de alimentación del controlador LED
Introducción al principio de la fuente de alimentación del controlador LED
La siguiente figura muestra la curva de relación entre la caída de voltaje directo (VF) y la corriente directa (IF). A partir de la curva, se puede. Se puede observar que cuando el voltaje directo excede un cierto umbral (aproximadamente 2 V), que comúnmente se conoce como voltaje de encendido, se puede considerar aproximadamente que IF es proporcional a VF. La siguiente tabla muestra las características eléctricas de los principales LED ultrabrillantes actuales. Como puede verse en la tabla, el IF máximo actual de los LED ultrabrillantes puede alcanzar 1A, mientras que el VF suele ser de 2 a 4V.
Dado que las características de la luz LED generalmente se describen como una función de la corriente, en lugar de una función del voltaje, la relación entre el flujo luminoso (φV) y el IF, por lo tanto, el uso de un controlador de fuente de corriente constante puede controlar mejor la brillo. Además, la caída de voltaje directo del LED cambia en un rango relativamente grande (hasta más de 1 V), y de la curva VF-IF en la figura anterior, se puede ver que pequeños cambios en VF causarán grandes cambios en IF. , lo que resulta en un mayor brillo. Por lo tanto, el uso de una fuente de voltaje constante para conducir no puede garantizar la consistencia del brillo del LED y afecta la confiabilidad, la vida útil y la atenuación de la luz del LED. Por lo tanto, los LED ultrabrillantes suelen funcionar con fuentes de corriente constante.
La siguiente figura es la relación entre la temperatura del LED y el flujo luminoso (φV). En la siguiente figura, podemos ver que el flujo luminoso es inversamente proporcional a la temperatura. El flujo luminoso a 85 °C es la mitad. eso a 25 °C, y la salida de luz a 40 °C es 1,8 veces a 25 ℃. Los cambios de temperatura también tienen un cierto impacto en la longitud de onda de los LED. Por lo tanto, una buena disipación de calor es la garantía para que los LED mantengan un brillo constante.
La siguiente figura es la relación entre la temperatura del LED y el flujo luminoso.
Introducción a los circuitos de control de LED generales
Debido a las limitaciones en los niveles de potencia de los LED, generalmente es necesario controlar varios LED al mismo tiempo para cumplir con los requisitos de brillo. Por lo tanto, se necesita un circuito de control especializado. Es necesario encender los LED. La siguiente es una breve introducción al circuito controlador conceptual LED.
Circuito limitador de corriente con resistencia Como se muestra en la siguiente figura, el circuito controlador limitador de corriente con resistencia es el circuito controlador más simple. La resistencia limitadora de corriente se calcula de acuerdo con la siguiente fórmula.
En la fórmula: Vin es el voltaje de entrada del circuito: VF es la corriente directa del IED; VF es la caída de voltaje del LED cuando la corriente directa es IF; el diodo antirretroceso (se puede seleccionar); y es el número de LED en cada cadena; x es el número de cadenas de LED paralelas;
De la figura anterior, el modelo matemático linealizado de LED se puede obtener como
Donde: Vo es la caída de voltaje de encendido de un solo LED, Rs es la serie equivalente linealizada; resistencia de un solo LED. Entonces, el cálculo de la resistencia limitadora de corriente en la fórmula anterior se puede escribir como
Cuando se selecciona la resistencia, la relación entre IF y VF del circuito limitador de corriente de la resistencia es
De la fórmula anterior, podemos saber que el circuito limitador de corriente de resistencia es simple, pero cuando el voltaje de entrada fluctúa, la corriente a través del LED también cambiará, por lo que el rendimiento de la regulación es deficiente. Además, dado que la potencia perdida por la conexión de la resistencia R es xRIF, la eficiencia es baja.
Introducción al regulador lineal
El núcleo del regulador lineal es utilizar un transistor de potencia o MOSFFET que funciona en la región lineal como una resistencia dinámicamente ajustable para controlar la carga. Hay dos tipos de reguladores lineales: tipo paralelo y tipo serie.
La figura a continuación muestra un regulador lineal paralelo, también conocido como regulador en derivación (en la figura solo se muestra un LED. De hecho, la carga puede ser de varios LED en serie, lo mismo se muestra a continuación). es similar a los LED que están conectados en paralelo. Cuando el voltaje de entrada aumenta o los LED disminuyen, la corriente a través del regulador de derivación aumentará, lo que aumentará la caída de voltaje a través de la resistencia limitadora de corriente para mantener constante la corriente a través del LED.
Dado que el regulador en derivación requiere una resistencia en serie, no es eficiente y es difícil lograr una regulación constante cuando el voltaje de entrada cambia en un amplio rango.
La figura b a continuación muestra un regulador en serie. Cuando el voltaje de entrada aumenta, la resistencia dinámica se ajusta para aumentar para mantener constante el voltaje (corriente) en el LED.
Dado que el transistor de potencia o tubo MOSFET tiene un voltaje de conducción de saturación, el voltaje mínimo de entrada debe ser mayor que la suma del voltaje de saturación y el voltaje de carga para que el circuito funcione correctamente.
Introducción a los reguladores de conmutación
La tecnología de conducción mencionada anteriormente no solo está limitada por el rango de voltaje de entrada, sino que también tiene una baja eficiencia. Cuando se usa para controlar LED ordinarios de baja potencia, dado que la corriente es de solo unos pocos mA, la pérdida no es obvia. Cuando se usa para controlar LED de alto brillo con una corriente de varios cientos de mA o incluso más, la pérdida del circuito de alimentación. se convierte en un problema relativamente serio.
La fuente de alimentación conmutada es actualmente la más eficiente en la conversión de energía, que puede alcanzar más del 90%. Todos los convertidores de potencia como Buek, Boost y Buck-Boost se pueden utilizar para controlar los LED, pero para satisfacer las necesidades de la activación de los LED, el control de retroalimentación se realiza detectando la corriente de salida en lugar de detectar el voltaje de salida.
La figura (a) a continuación muestra el circuito de control de LED utilizando un convertidor Buck. A diferencia del convertidor Buek tradicional, el interruptor S se mueve detrás del inductor L, de modo que la fuente de S está conectada a tierra, por lo tanto. Para facilitar la conducción, el LED está conectado en serie con L y el diodo de rueda libre D está conectado en antiparalelo con el circuito en serie. El circuito de conducción no solo es simple sino que tampoco requiere un condensador de filtro de salida, lo que reduce. el costo. Sin embargo, el convertidor Buck es un convertidor reductor y no es adecuado para situaciones en las que el voltaje de entrada es bajo o en las que se conectan varios LED en serie.
La imagen de arriba (b) muestra una fuente de alimentación de activación de LED utilizando un convertidor Boost. El voltaje de salida se bombea a un valor deseado más alto que el voltaje de entrada a través del almacenamiento de energía inductivo, logrando así la activación del LED. voltaje de entrada bajo. La ventaja es que las salidas de dichos controladores IC se pueden utilizar en paralelo, aumentando efectivamente la potencia de un solo LED.
La figura anterior (c) muestra el circuito de control de LED utilizando un convertidor Buck-Boost. De manera similar al circuito de Buek, la fuente de S en este circuito se puede conectar directamente a tierra, facilitando así la conducción de S. Aunque los convertidores Boost y Buck-Boosl tienen un condensador más que los convertidores Buck, ambos pueden aumentar el valor absoluto del voltaje de salida. Por lo tanto, a menudo se usan cuando el voltaje de entrada es bajo y es necesario activar varios LED.
Introducción al conocimiento de atenuación PWM
En teléfonos móviles y otros productos electrónicos de consumo, los LED blancos se utilizan cada vez más como fuente de retroiluminación de las pantallas. Recientemente, muchos diseñadores de productos esperan que el brillo de los LED blancos pueda cambiarse en consecuencia en diferentes aplicaciones. Esto significa que el controlador de LED blanco debería poder admitir la función de ajuste de brillo del LED. Actualmente existen tres tecnologías de atenuación principales: atenuación PWM, atenuación analógica y atenuación digital. Muchos controladores del mercado pueden admitir una o más de estas tecnologías de atenuación. Este artículo presentará las características respectivas de estas tres tecnologías de atenuación, y los diseñadores de productos pueden elegir la tecnología correspondiente de acuerdo con los requisitos específicos.
Método de atenuación PWM Dimming (modulación de ancho de pulso): se trata de una tecnología de atenuación que utiliza pulsos digitales simples para encender y apagar repetidamente los controladores LED blancos. El sistema del usuario sólo necesita proporcionar pulsos digitales amplios y estrechos para cambiar simplemente la corriente de salida y ajustar el brillo del LED blanco. La ventaja de la atenuación PWM es que puede proporcionar luz blanca de alta calidad, es fácil de aplicar y tiene una alta eficiencia. Por ejemplo, en un sistema de telefonía móvil, se puede utilizar una interfaz PWM dedicada para generar simplemente una señal de pulso con cualquier dispositivo. ciclo de trabajo y la señal pasa a través de una resistencia. Conéctese a la interfaz EN del variador. Los controladores de la mayoría de los fabricantes admiten atenuación PWM.
Sin embargo, la atenuación PWM tiene sus desventajas. Reflejado principalmente en: La atenuación PWM puede hacer que el circuito de accionamiento del LED blanco produzca fácilmente un ruido audible (o ruido microfónico). ¿Cómo se produce este ruido? Por lo general, los controladores LED blancos conmutan dispositivos de suministro de energía (reducción, refuerzo, bomba de carga, etc.) y sus frecuencias de conmutación son de alrededor de 1 MHz. Por lo tanto, en aplicaciones típicas del controlador, no hay ruido audible. ruido. Pero cuando el controlador realiza atenuación PWM, si la frecuencia de la señal PWM cae exactamente entre 200 Hz y 20 kHz, el inductor y el condensador de salida alrededor del controlador LED blanco producirán un ruido audible para el oído humano. Por lo tanto, durante el diseño se debe evitar el uso de bandas de baja frecuencia por debajo de 20 kHz.
Todos sabemos que una señal de conmutación de baja frecuencia que actúa sobre una bobina de alambre ordinaria hará que las bobinas del inductor vibren entre sí mecánicamente. La frecuencia de esta vibración mecánica cae exactamente dentro de las frecuencias anteriores. , el oído humano puede escuchar el ruido emitido por el inductor. El inductor genera parte del ruido y la otra parte proviene del condensador de salida. Ahora, cada vez más diseñadores de teléfonos móviles utilizan condensadores cerámicos como condensador de salida del controlador. Los condensadores cerámicos tienen propiedades piezoeléctricas, lo que significa que cuando se aplica una señal de ondulación de voltaje de baja frecuencia al condensador de salida, el condensador emitirá un zumbido.
Cuando la señal PWM es baja, el controlador del LED blanco deja de funcionar y el condensador de salida se descarga a través del LED blanco y la resistencia inferior. Por lo tanto, durante la atenuación PWM, el condensador de salida inevitablemente produce grandes ondulaciones. En resumen, para evitar ruidos audibles durante la atenuación PWM, ¡el controlador LED blanco debería poder proporcionar una frecuencia de atenuación más allá del rango audible del oído humano!
En comparación con la atenuación PWM, si el RS puede Se puede cambiar El valor de resistencia también puede cambiar la corriente que fluye a través del LED blanco, cambiando así el brillo del LED. A esta tecnología la llamamos atenuación analógica.
La mayor ventaja de la regulación analógica es que evita el ruido generado durante la regulación. Cuando se utiliza tecnología de atenuación analógica, la caída de voltaje directo del LED disminuirá a medida que disminuya la corriente del LED, lo que hará que el consumo de energía del LED blanco también disminuya. Sin embargo, a diferencia de la tecnología de atenuación PWM, el controlador LED blanco siempre está en modo de funcionamiento durante la atenuación analógica y la eficiencia de conversión de energía del controlador cae rápidamente a medida que disminuye la corriente de salida. Por lo tanto, el uso de tecnología de atenuación analógica a menudo aumentará el consumo de energía de todo el sistema. Otra desventaja de la tecnología de atenuación analógica es la calidad de la luz. Debido a que cambia directamente la corriente del LED blanco, ¡la calidad de la luz blanca del LED blanco también cambia!
Además de la atenuación PWM y la atenuación analógica, los controladores de algunos fabricantes actualmente admiten la atenuación digital. Los controladores LED blancos con tecnología de atenuación digital tendrán las interfaces digitales correspondientes. La interfaz digital puede ser SMB, I2C o una interfaz digital de un solo cable. El diseñador del sistema sólo necesita dar al conductor una serie de señales digitales según el protocolo de comunicación específico para cambiar el brillo del LED blanco.