драйвер 3 ватного светодиода

Схема простого LED драйвера на PT4115 для 3w светодиода

Микросхема PT4115 от компании PowTech продолжает зарабатывать положительные отзывы среди российских радиолюбителей. Малоизвестному китайскому производителю удалось вместить в компактном корпусе несколько блоков управления с мощным транзистором на выходе. Микросхема разработана для стабилизации тока и питания им светодиодов мощностью более 1 Вт. Драйвер на основе PT4115 имеет минимальную обвязку и высокий КПД. Убедиться в этом и узнать о тонкостях подбора элементов принципиальной схемы поможет данная статья.

Краткое описание микросхемы PT4115

Согласно официальной документации, LED драйвер с функцией диммирования на основе PT4115 обладает следующими техническими характеристиками:

  • диапазон рабочего входного напряжения: 6–30В;
  • регулируемый выходной ток до 1,2А;
  • погрешность стабилизации выходного тока 5%;
  • имеется защита от обрыва нагрузки;
  • имеется вывод для регулировки яркости и включения/выключения при помощи DC или ШИМ;
  • частота переключения до 1 МГЦ;
  • КПД до 97%;
  • обладает эффективным корпусом, с точки зрения рассеивания мощности.

распиновка выводов

Назначение выводов PT4115:

  1. SW. Вывод выходного переключателя (МОП-транзистора), который подключен непосредственно к его стоку.
  2. GND. Общий вывод сигнальной и питающей части схемы.
  3. DIM. Вход для задания диммирования.
  4. CSN. Вход с датчика тока.
  5. VIN. Вывод напряжения питания.

Микросхема PT4115 имеет отдельный вывод для управления включением и выключением светодиодов, а также возможностью регулировки яркости с помощью изменения уровня напряжения или ШИМ на выводе DIM.

Принципиальная схема драйвера

схемаНа рисунке представлены две принципиальные схемы драйвера для 3w светодиода на основе PT4115. Первая схема питается источником постоянного тока напряжением от 6 до 30 вольт. Вторую схему дополняет диодный мост, питается она источником переменного тока с напряжением 12-18В.

На выходе диодного моста рекомендуется дополнительно установить конденсатор емкостью 1000 мкФ. Он сгладит колебания выпрямленного напряжения.

Важным элементом обоих схем является конденсатор CIN. Он непросто сглаживает пульсации, но и компенсирует энергию, накопленную в катушке индуктивности в момент закрытия ключа (МОП-транзистора). Без CIN индуктивная энергия через диод Шоттки D поступит на вывод VIN и спровоцирует пробой микросхемы по питанию. Поэтому включение драйвера без входного конденсатора категорически запрещено.

Индуктивность L подбирается исходя из количества светодиодов и тока в нагрузке.

Согласно документации, в схеме драйвера для 3 ватного светодиода рекомендуется использовать индуктивность на 68-220 мкГн.

Несмотря на имеющиеся табличные данные, допускается монтаж катушки с отклонением номинала индуктивности в большую сторону. При этом снижается эффективность всей схемы, но схема остается работоспособной. На малых токах индуктивность должна быть больше, чтобы компенсировать пульсации, возникающие из-за задержки при переключении транзистора.

Резистор RS выполняет функцию датчика тока. В первый момент времени, при подаче входного напряжения ток через RS и L равен нулю. Затем внутрисхемный CS comparator сравнивает потенциалы до и после резистора RS и на его выходе появляется высокий уровень. Ток в нагрузке, ввиду наличия индуктивности, начинает плавно нарастать до величины, определяемой RS. Скорость увеличения тока зависит не только от величины индуктивности, но и от размера напряжения питания.

Работа драйвера основана на переключении компаратора внутри микросхемы, который постоянно сравнивает уровни напряжения на выводах IN и CSN. Отклонение тока через светодиод от расчетного не превышает 5%, при условии монтажа резистора RS с максимальным отклонением от номинала 1%.

Для включения светодиода на постоянную яркость вывод DIM остаётся не задействован, а ток на выходе определяется исключительно номиналом RS. Управление диммированием (яркостью) можно осуществляться одним из двух вариантов.диммирование

Первый способ предполагает подачу на вход DIM постоянного напряжения в диапазоне от 0,5 до 2,5В. При этом ток будет меняться пропорционально уровню потенциала на выводе DIM. Дальнейший рост напряжения, до 5В, не влияет на яркость и соответствует 100% току в нагрузке. Снижение потенциала ниже 0,3В приводит к отключению всей схемы. Таким образом, можно эффективно управлять работой драйвера без снятия напряжения питания. Второй способ подразумевает подачу сигнала с широтно-импульсного преобразователя с выходной частотой 100-20000 Гц.

Конструкция и детали сборки

Выбор элементов, расположенных в обвязке микросхемы PT4115, следует производить на основании рекомендаций изготовителя. В качестве CIN рекомендуется использовать конденсатор с низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). Данный параметр является вредным и негативно влияет на КПД. При питании от стабилизированного источника достаточно одного входного конденсатора ёмкостью не менее 4,7 мкФ, который должен быть размещен в непосредственной близости от микросхемы. При питании от источника переменного тока компания PowTech указывает на необходимость монтажа танталового конденсатора ёмкостью более 100 мкФ.

Типовая схема включения PT4115 для 3w светодиода подразумевает установку катушки индуктивности на 68 мкГн, располагать ее следует максимально близко к выводу SW PT4115.

Катушку индуктивности можно сделать своими руками, используя кольцо из старого компьютера и провод ПЭЛ-0,35.

К диоду D выдвигаются особые требования: малое прямое падение напряжения, малое время восстановления во время переключения и стабильность параметров при росте температуры p-n перехода, чтобы не допустить увеличения тока утечки. Этим условиям отвечает диод Шоттки FR103, способный выдерживать импульсы тока до 30А при температуре до 150°C.

Наконец, самый прецизионный элемент схемы драйвера для 3w светодиода – резистор RS. Минимальное значение RS=0,082 Ом, что соответствует току 1,2 А. Его рассчитывают, исходя из необходимого тока питания светодиода, по формуле:

RS=0,1/ILED, где ILED – номинальное значение тока светодиода, А.

В схеме включения PT4115 для 3w светодиода значение Rs составляет 0,13 Ом, что соответствует току 780 мА. В магазинах не всегда можно найти резистор такого номинала. Поэтому придется вспомнить формулы расчета суммарного сопротивления при последовательном и параллельном включении резисторов:

  • Rпосл=R1+R2+…+Rn;
  • Rпар=(R1xR2)/(R1+R2).

Таким образом, можно с высокой точностью получить нужное сопротивление из нескольких низкоомных резисторов.

В заключение хочется ещё раз подчеркнуть важность стабилизации тока, а не напряжения для обеспечения нормальной длительной работы мощных светодиодов. Известны случаи, когда в светодиодах китайского происхождения ток плавно продолжает нарастать в течение некоторого времени после включения и останавливается на значении, превышающем паспортный номинал. Это приводит к перегреву кристалла и постепенному снижению яркости. Драйвер для 3w светодиода на микросхеме PT4115 – это гарантия стабильной светоотдачи в сочетании с высоким КПД при условии эффективного отвода тепла от кристалла.