Zaloguj się
Wszystkie
24 listopada 2021
709
Diody LED zasilane są metodą tzw. prądową, to znaczy, że parametrem, który jest stabilizowany i regulowany, w przypadku tego rodzaju źródła światła, jest płynący prąd, a nie przyłożone napięcie, jak jest w większości elementów elektronicznych. Z uwagi na to wymagają one zupełnie innej grupy układów dostarczających zasilanie niż stabilizatory napięcia, do których jesteśmy przyzwyczajeni. W poniższym artykule zaprezentujemy przykładowy projekt drivera diod LED, który jest przeznaczony do zastosowań motoryzacyjnych, ale sprawdzi się także i w innych systemach, gdzie konieczna jest stabilizacja prądu dla diod LED.
Nowoczesne reflektory samochodowe zawierają diody LED, które realizują wszystkie funkcje – światła drogowe i mijania, światła do jazdy dziennej, czasami nawet światła sygnalizacyjne i inne, połączone w jednym reflektorze. Komponenty tego zestawu mogą mieć bardzo różne wymagania dotyczące sterowników, w tym wymagania dotyczące napięcia i prądu, topologii, poziomów mocy, czy też mogą wymagać funkcji ściemniania. Spełnienie tych wymagań oznacza zwykle zastosowanie oddzielnych sterowników dla poszczególnych sekcji reflektora. Korzystanie z wielu sterowników nie tylko komplikuje projekt, listę potrzebnych elementów czy proces produkcji, ale może utrudnić spełnienie wymagań, dotyczących norm emisji elektromagnetycznej. Każdy dodatkowy sterownik dodaje swoje zakłócenia o wysokiej częstotliwości, co komplikuje analizę EMI, rozwiązywanie problemów i ich łagodzenie.
Reflektory hybrydowe dla każdej marki i każdego modelu samochodu mogą być wyposażone w różne diody LED. Uwzględniając prądy, napięcia i inne parametry, to generalnie moduł taki wymaga około 30 W mocy sumarycznej. Mając to na uwadze, można dobrać taki sterownik, który spełni wszystkie wymagania zasilania sekcji reflektora – tak pod względem funkcjonalnym, jak i elektrycznym. Taki układ musi uwzględniać stosunkowo szeroki zakres napięć zasilających z akumulatora i, przy użyciu topologii buck-boost, przetwarzać to napięcie na szeroki zakres napięć do zasilania łańcuchów diod LED. Dodatkowo musi być niewielki i wymagać niewielu elementów zewnętrznych, aby końcowa konstrukcja łatwo dopasowała się do ograniczeń przestrzennych modułu. Finalnie, układ taki musi wytwarzać niewielki poziom zakłóceń elektromagnetycznych, aby zminimalizować wysiłki projektowe i wyeliminować potrzebę stosowania np. kosztownych metalowych ekranowanych obudów. Sterownik musi też wykazywać się wysoką sprawnością, aby produkował mało ciepła – to ułatwia chłodzenie i pozwala zaprojektować kompaktowy układ a jednocześnie przekłada się na niewielkie zużycie energii.
Wszystkie te wymagania spełnia kontroler przetwornicy buck-boost typu LT8391A. Ten zintegrowany kontroler pracuje z zegarem do 2 MHz i ma wszystkie funkcje, potrzebne do sterowania całym zestawem reflektorów za pomocą jednego układu.
W przypadku wszystkich zasilaczy, niezależnie od aplikacji, bardzo istotnym zagadnieniem jest kompatybilność elektromagnetyczna. Dotyczy to zwłaszcza lamp LED zasilanych impulsowymi stabilizatorami prądu. Z biegiem czasu powstał szereg różnych standardów pomiaru, oceny i dokumentacji zakłóceń generowanych przez światła LED. Zakłócenia elektromagnetyczne mogą mieć poważne konsekwencje. Niespełniające norm żarówki LED (które w jakiś sposób udało się „wypchnąć” ich producentom czy importerom na rynek) mogą np. zakłócać transmisje radiowe, co może powodować pogorszenie jakości działania sieci Wi-Fi w naszym domu, czy też wręcz uniemożliwić działanie systemów takich, jak zdalne sterowanie bramy garażowej. Zakłócenia generowane przez zasilacz impulsowy są częściowo przewodzone, a częściowo emitowane. Dlatego mogą być przenoszone przez linie zasilające, a także magnetycznie lub pojemnościowo sprzężone z sąsiednimi segmentami obwodu. Emisje te zwykle nie są destrukcyjne, ale mogą prowadzić do nieprawidłowego funkcjonowania sąsiednich elementów obwodu.
Istnieje wiele norm dotyczących bezpieczeństwa i emisji światła LED. Głównym z nich jest CISPR 11 oraz 25. Ta druga będzie leżeć w centrum zainteresowania tego projektu, gdyż dotyczy zastosowań motoryzacyjnych. Istnieje wiele innych zasad i przepisów, w tym ISO, IEC, FCC, CENELEC, SAE i innych, opartych na standardach CISPR.
Układ LT8391A
Kontroler przetwornicy o topologii buck-boost typu LT8391A jest przeznaczony do regulacji prądu diod LED. Bardzo wysoka prędkość przełączania – 2 MHz, umożliwia zastosowanie pojedynczej, małej cewki indukcyjnej i jest gwarantem niewielkich ogólnych rozmiarów całego systemu sterującego diodami LED o dużej mocy. W przeciwieństwie do monolitycznych przetwornic, których klucze mocy są zawarte w układzie scalonym, kontrolery takie jak LT8391A mogą sterować zewnętrznymi kluczami mocy o znacznie wyższych prądach szczytowych, dochodzących do 10 A czy nawet więcej. Tak wysokie prądy szczytowe uszkodziłyby układy scalone w małych obudowach, jakie typowo stosowane są do przetwornic zintegrowanych. Natomiast kontroler z zewnętrznymi tranzystorami MOSFET może sterować znacznie większą mocą.
Typowe klucze MOSFET mają wymiary około 3×3 mm. Mogą być one rozmieszczone blisko układu kontrolera, jak i kondensatorów, które formują razem tzw. gorącą pętlę, o której więcej napiszemy w dalszej części artykułu, poświęconej optymalizowaniu PCB pod kątem minimalizacji zakłóceń elektromagnetycznych. Unikalna architektura pomiaru prądu pozwala na umieszczenie rezystora pomiarowego obok cewki indukcyjnej mocy, co lokuje go poza krytycznymi gorącymi pętlami wejścia i wyjścia. Zmniejsza to poziom zakłóceń elektromagnetycznych. Opcjonalna modulacja częstotliwości przełączania w postaci tzw. widma rozproszonego SSFM (Spread Spectrum Frequency Modulation) polega na modulacji częstotliwości w wąskim przedziale, dzięki czemu energia EMI rozkłada się na szerszym zakresie pasma i dodatkowo zmniejsza EMI sterownika.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
