Схема простого LED драйвера на PT4115 для 3w світлодіода

Мікросхема PT4115 від компанії PowTech продовжує заробляти позитивні відгуки серед російських радіоаматорів. Маловідомому китайському виробнику вдалося вмістити в компактному корпусі кілька блоків управління з потужним транзистором на виході. Мікросхема розроблена для стабілізації струму і харчування їм світлодіодів потужністю понад 1 Вт. Драйвер на основі PT4115 має мінімальну обв’язку і високий ККД. Переконатися в цьому і дізнатися про тонкощі підбору елементів принципової схеми допоможе ця стаття.

Короткий опис мікросхеми PT4115

Згідно офіційній документації, LED драйвер з функцією діммірованія на основі PT4115 володіє наступними технічними характеристиками:

  • діапазон робочого вхідної напруги: 6-30В;
  • регульований вихідний струм до 1,2 А;
  • похибка стабілізації вихідного струму 5%;
  • є захист від обриву навантаження;
  • є висновок для регулювання яскравості і включення / вимикання за допомогою DC або ШІМ;
  • частота перемикання до 1 МГЦ;
  • ККД до 97%;
  • володіє ефективним корпусом, з точки зору розсіювання потужності.


Призначення висновків PT4115:

  1. SW. Висновок вихідного перемикача (МОП-транзистора), який підключений безпосередньо до його стоку.
  2. GND. Загальний висновок сигнальної і живильної частини схеми.
  3. DIM. Вхід для завдання діммірованія.
  4. CSN. Вхід з датчика струму.
  5. VIN. Висновок напруги харчування.

Мікросхема PT4115 має окремий висновок для керування включенням і вимиканням світлодіодів, а також можливістю регулювання яскравості за допомогою зміни рівня напруги або ШИМ на виведення DIM.

Принципова схема драйвера

На малюнку представлені дві принципові схеми драйвера для 3w світлодіода на основі PT4115. Перша схема харчується джерелом постійного струму напругою від 6 до 30 вольт. Другу схему доповнює діодний міст, харчується вона джерелом змінного струму з напругою 12-18В.

На виході діодного моста рекомендується додатково встановити конденсатор ємністю 1000 мкФ. Він згладить коливання випрямленої напруги.

Важливим елементом обох схем є конденсатор CIN. Він непросто згладжує пульсації, але і компенсує енергію, накопичену в котушці індуктивності в момент закриття ключа (МОП-транзистора). Без CIN индуктивная енергія через діод Шотткі D надійде на висновок VIN і спровокує пробою мікросхеми по харчуванню. Тому включення драйвера без вхідного конденсатора категорично заборонено.

Індуктивність L підбирається виходячи з кількості світлодіодів і струму в навантаженні.

Згідно з документацією, в схемі драйвера для 3 ватного світлодіода рекомендується використовувати індуктивність на 68-220 мкГн.

Незважаючи на наявні табличні дані, допускається монтаж котушки з відхиленням номіналу індуктивності в більшу сторону. При цьому знижується ефективність всієї схеми, але схема залишається працездатною. На малих токах індуктивність повинна бути більше, щоб компенсувати пульсації, що виникають через затримку при перемиканні транзистора.

Резистор RS виконує функцію датчика струму. У перший момент часу, при подачі вхідної напруги струм через RS і L дорівнює нулю. Потім внутрісхемний CS comparator порівнює потенціали до і після резистора RS і на його виході з’являється високий рівень. Струм в навантаженні, зважаючи на наявність індуктивності, починає плавно наростати до величини, яка визначається RS. Швидкість збільшення струму залежить не тільки від величини індуктивності, а й від розміру напруги харчування.

Робота драйвера заснована на перемиканні компаратора всередині мікросхеми, який постійно порівнює рівні напруги на висновках IN і CSN. Відхилення струму через світлодіод від розрахункового не перевищує 5%, за умови монтажу резистора RS з максимальним відхиленням від номіналу 1%.

Для включення світлодіода на постійну яскравість висновок DIM залишається не задіяне, а струм на виході визначається виключно номіналом RS. Управління діммірованіе (яскравістю) можна здійснюватися одним з двох варіантів.Перший спосіб передбачає подачу на вхід DIM постійної напруги в діапазоні від 0,5 до 2,5 В. При цьому струм буде змінюватися пропорційно рівню потенціалу на виведення DIM. Подальше зростання напруги, до 5В, не впливає на яскравість і відповідає 100% струму в навантаженні. Зниження потенціалу нижче 0,3В призводить до відключення всієї схеми. Таким чином, можна ефективно керувати роботою драйвера без зняття напруги живлення. Другий спосіб має на увазі подачу сигналу з широтно-імпульсного перетворювача з вихідною частотою 100-20000 Гц.

Конструкція і деталі збірки

Вибір елементів, розташованих в обв’язку мікросхеми PT4115, слід проводити на підставі рекомендацій виробника. Як CIN рекомендується використовувати конденсатор з низьким ESR (еквівалентним послідовним опором). Даний параметр є шкідливим і негативно впливає на ККД. При харчуванні від стабілізованого джерела досить одного вхідного конденсатора ємністю не менше 4,7 мкФ, який повинен бути розміщений в безпосередній близькості від мікросхеми. При харчуванні від джерела змінного струму компанія PowTech вказує на необхідність монтажу танталового конденсатора ємністю понад 100 мкФ.

Типова схема включення PT4115 для 3w світлодіода має на увазі установку котушки індуктивності на 68 мкГн, розташовувати її слід максимально близько до висновку SW PT4115.

Котушку індуктивності можна зробити своїми руками, використовуючи кільце зі старого комп’ютера і провід ПЕЛ-0,35.

До діода D висуваються особливі вимоги: мале пряме падіння напруги, малий час відновлення під час перемикання і стабільність параметрів при зростанні температури p-n переходу, щоб не допустити збільшення струму витоку. Цим умовам відповідає діод Шотткі FR103, здатний витримувати імпульси струму до 30А при температурі до 150 ° C.

Нарешті, самий прецизійний елемент схеми драйвера для 3w світлодіода – резистор RS. Мінімальне значення RS = 0,082 Ом, що відповідає струму 1,2 А. Його розраховують, виходячи з необхідного струму харчування світлодіода, за формулою:

RS = 0,1 / ILED, де ILED – номінальне значення струму світлодіода, А.

У схемі включення PT4115 для 3w світлодіода значення Rs становить 0,13 Ом, що відповідає струму 780 мА. В магазинах не завжди можна знайти резистор такого номіналу. Тому доведеться згадати формули розрахунку сумарного опору при послідовному і паралельному включенні резисторів:

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

Таким чином, можна з високою точністю отримати потрібне опір з декількох низькоомних резисторів.

На закінчення хочеться ще раз підкреслити важливість стабілізації струму, а не напруги для забезпечення нормальної тривалої роботи потужних світлодіодів. Відомі випадки, коли в світлодіодах китайського походження ток плавно продовжує наростати протягом деякого часу після включення і зупиняється на значенні, що перевищує паспортний номінал. Це призводить до перегріву кристала і поступового зниження яскравості. Драйвер для 3w світлодіода на мікросхемі PT4115 – це гарантія стабільної світловіддачі в поєднанні з високим ККД за умови ефективного відводу тепла від кристала.

Ссылка на основную публикацию