Mini sterownik LED

W czerwcowym numerze Silicon Chip z 2022 r. (oraz w EdW 1/2025) opisywaliśmy układ do zasilania paneli LED o mocy 70 W. Charakteryzują się one niezwykle dużą jasnością, gdy pracują z maksymalną mocą (około 6 A przy 12 V). Jednak mogą być nadal przydatne również przy niższych prądach. Wytwarzają sporo światła nawet przy prądzie 1 A (12 W). Ponadto istnieje wiele innych białych diod LED, które są zaprojektowane do pracy z mocą około 10 W. Prezentowany mini sterownik (zasilacz) LED jest dla nich idealny.

Główną motywacją stojącą za tym rozwiązaniem jest bezpieczne zasilanie paneli LED 12 V ze źródła 5 V DC. Jak wielu użytkowników różnych urządzeń elektronicznych masz prawdopodobnie wiele zapasowych zasilaczy USB lub banków energii, które można wykorzystać jako zasilacze 5 V.

Opisany sterownik może dostarczyć wystarczający prąd do zasilania większości białych diod LED, zapewniając całkiem zadawalający poziom oświetlenia. Jeśli są to duże panele, takie jak te o mocy 70 W, ich żywotność zostanie znacznie wydłużona dzięki zmniejszonemu wytwarzaniu ciepła.

Mini LED Driver bazuje na powszechnie dostępnych, tanich modułach boost, w których jest zastosowany układ scalony XL6009, ale dodaje im kilka dodatkowych funkcji. Moduły te nie mają wbudowanego ograniczenia prądu, z wyjątkiem ochrony przed zwarciem. Nasze dodatkowe usprawnienia zapewniają regulowane ograniczenie prądu.

W ubiegłym miesiącu, w artykule na temat sterowników LED (Buck-Boost LED Driver) wyjaśniliśmy, dlaczego lepiej jest zasilać diody LED ze źródła z ograniczeniem prądu. Krótko mówiąc, dostarczanie stałego napięcia do diod LED nie zapewni stałego strumienia świetlnego. Niewielkie wahania napięcia mogą powodować nieproporcjonalnie duże zmiany natężenia prądu, być może nawet na tyle duże, by uszkodzić diody LED.

Dodana przez nas funkcja ograniczania prądu będzie również chronić zasilanie wejściowe, szczególnie wtedy, gdy do zasilania diod LED, które pobierałyby zbyt duży prąd, aby mogły pracować z pełną jasnością używasz małego zasilacza USB.
Inną funkcją dodaną przez sterownik jest wyłącznik niskiego napięcia wejściowego. Pozwala on uniknąć sytuacji, w której moduł boost nie działa poprawnie przy niskim napięciu wejściowym. Ponadto, gdy urządzenie zasilane jest z akumulatora, rozwiązanie to chroni go przed nadmiernym rozładowaniem, które mogłoby prowadzić do jego uszkodzenia.

Moduł boost XL6009

Liczne moduły przetwornic DC/DC są dostępne zarówno online, jak i w sklepach takich jak Jaycar i Altronics. Występują w dwóch głównych typach, boost i buck, choć niektóre łączą obie możliwości.

Typy buck redukują napięcie wejściowe do niższego poziomu. W przeciwieństwie do nich, konstrukcje typu buck/boost, takie jak Altronics Z6337, zawierają dwa układy scalone sterownika (jak również powielają wiele innych elementów) i mogą zarówno zmniejszać, jak i zwiększać napięcie wejściowe.

Tego typu moduły są w rzeczywistości połączeniem modułów boost i buck. W tym projekcie celowo używamy jednak modułów typu boost specjalnie przeznaczonych do takich celów.

Gdyby czytelnik miał kłopot z nabyciem odpowiedniego modułu, w Silicon Chip Shop będzie dostępny właściwy moduł boost, który przetestowaliśmy pod kątem działania. Ten sam moduł zawarty jest w naszym zestawie. Jest to szczególnie ważne, biorąc pod uwagę, że istnieje wiele różnych konstrukcji modułów XL6009, z których nie wszystkie działają tak samo.

Moduły te mają niewielką płytkę drukowaną, która zawiera przetwornicę boost, minimalną liczbę elementów pasywnych oraz potencjometr montażowy do ustawiania napięcia wyjściowego. Połączenia wejściowe i wyjściowe są wykonane jako pola lutownicze.

W niektórych poprzednich projektach używaliśmy modułów opartych na układzie scalonym MT3608. W takich przypadkach moduł jest lutowany bezpośrednio do innej płytki drukowanej i traktowany tak, jakby był tylko kolejnym elementem, podobnie jak Mini LED Driver.

Na przykład, miernik poziomu wody w zbiorniku z Wi-Fi z lutego 2018 r. (siliconchip.au/Article/10963) wykorzystywał taki moduł do dostarczania napięcia 24 V DC do czujnika głębokości wody z nominalnego zasilania 5 V. Nawiasem mówiąc, to zasilanie 5 V było dostarczane przez inny moduł, który zarządzał zasilaniem z ogniwa słonecznego i akumulatora.

Programator do dekoderów DCC oparty na Arduino (wydanie z października 2018 r. siliconchip.au/Article/11261) podobnie wykorzystywał taki moduł do uzyskiwania zasilania 12 V z zasilacza USB 5 V. W tym przypadku napięcie 12 V było potrzebne do prawidłowego zasilania i programowania dekoderów DCC.

W przypadku sterownika Mini LED wybraliśmy inny moduł boost. Układ scalony XL6009 sprawia, że jest on bardziej wydajny niż układ MT3608, zapewniając zapas mocy do wygodnej obsługi modułu z uwzględnieniem jego ograniczeń.

Wdrożenie funkcji ograniczania prądu za pomocą modułu opartego na XL6009 jest również nieco łatwiejsze. Jest on nieco większy, ale kompletny Mini LED Driver nadal mieści się w rozmiarach 72 mm × 24 mm.

Moduły te, jak napisał czytelnik Jonathan Woithe, nie zawsze jednak prawidłowo regulują napięcie wyjściowe. Niepożądany efekt występuje dla niektórych wartości napięcia wejściowego. Oznacza to, że moduł może wytwarzać do 50 V, nawet przy niższym ustawieniu, co oczywiście nie jest pożądane! Jego analiza znajduje się na stronie 8 wydania z czerwca 2021 r. (Mailbag, siliconchip.au/Article/14875).

Problem ten występuje tylko wtedy, gdy wejściowe napięcie zasilania jest poniżej minimalnego napięcia określonego dla układu scalonego XL6009. Tak więc, na przykład, jeśli moduł jest zasilany z rozładowanej baterii, może być narażony na takie skoki napięcia wyjściowego. Unikamy tego problemu, wyłączając moduł XL6009, gdy napięcie wejściowe jest zbyt niskie, zapewniając jednocześnie ochronę przed nadmiernym rozładowaniem akumulatora.

Mini LED Driver to samodzielna płytka PCB przeznaczona do użycia jako moduł rozszerzający. Może więc stanowić część większego zespołu zawierającego zasilacz i panel LED lub inne urządzenie pobierające moc ze sterownika.

Mini LED Driver zapewnia trzy główne funkcje w porównaniu z prostym modułem boost: jest łatwiejszy do podłączenia, ma ograniczenie prądu i odcięcie niskiego napięcia.

Nie testowaliśmy Mini LED Driver w innych zastosowaniach, niemniej jednak, przy odpowiednich ustawieniach i odpowiedniej diodzie na wyjściu może być przydatny do ładowania akumulatora 12 V lub w innych zastosowaniach, w których potrzebne jest źródło zasilania o napięciu 12 V przy umiarkowanych prądach (do około 1 A).

Aby przeczytać ten artykuł kup e-wydanie

Kup teraz