Сегодняшний проект представляет собой простой универсальный драйвер мощного светодиода (или сразу нескольких). Он может управляться встроенным генератором ШИМ или от внешнего сигнала в зависимости от конфигурации оборудования.
Драйвер LED состоит из набора дешевых радиокомпонентов, а его схематика в общих чертах соответствует классическому стилю без каких-либо особых намерений. Итак, основа представляет собой силовой МОП-транзистор логического уровня с фиксированным токоизмерительным резистором и транзистором биполярным. Таким образом, вместо использования силового МОП-транзистора в качестве переключателя, он также действует как источник тока.
В этом источнике постоянного тока токоизмерительный резистор (R SENSE) подключен последовательно с истоком (S) силового МОП-транзистора и обеспечивает напряжение база-эмиттер (VBE) для биполярного транзистора. Коллектор (C) биполярного транзистора подключен к затвору (G) полевого МОП-транзистора, и когда напряжение на токоизмерительном резисторе возрастает до уровня при котором биполярный транзистор начинает проводить ток, напряжение затвора полевого транзистора снижается.
МОП-транзистор IRL520 может обеспечивать ток примерно до 6 А (V GS = 4–5 В) без перегрузки или потери эффективности. Он также имеет максимальное напряжение DSS 100 В, поэтому нет серьезных проблем, связанных с ограничениями на то, какое напряжение или ток светодиодов тут можем использовать. Имеет значение лишь рабочее напряжение и уровень тока, которые светодиод может выдержать.
Также добавлен стабилизатор напряжения 5 В, который будет использоваться для питания остальной электроники (и для дополнительных узлов схемы, которые могут быть интегрированы в драйвер в будущем).
Чтобы сделать модуль более гибким, выбран популярный линейный стабилизатор с фиксированным напряжением 7805, с максимальным выходным током 1 А.
Следует отметить, что обычный белый светодиод мощностью 10 Вт имеет прямое напряжение (V F) в диапазоне от 9,6 В до 11 В при прямом токе (I F) 1050 мА. Точно так же оно обычно составляет от 32 В до 36 В при токе 700 мА для белого светодиода мощностью 20 Вт.
На практике это значение может варьироваться, поэтому потратьте некоторое время на то, чтобы ознакомиться с соответствующими техническими данными по устанавливаемым светодиодам, прежде чем пробовать их питать.
Стабилитрон ZD1 (от 2v7 до 4v7) гарантирует, что максимальное входное напряжение IC1 остается в заданных пределах. Аналогично, диод Шоттки ограничивает любые потенциальные всплески, вызванные паразитными индуктивностями в проводке светодиода. Вот схема встроенного генератора ШИМ-сигнала.
Напомним, что при установке конденсатора на вход затвора инвертора, разрядка конденсатора приведет к тому, что выходное напряжение затвора инвертора будет близко к положительному напряжению на шине питания (V+), а при зарядке конденсатора выходной сигнал инвертора будет примерно по уровню с шиной массы (0 В).
Вставив резистор между выходом и входом затвора инвертора, выход одновременно заряжает и разряжает конденсатор, образуя таким образом автономный (нестабильный) генератор. Чтобы облегчить контроль над рабочим циклом, можно добавить еще несколько компонентов, как показано на рисунке ниже.
Как видно на полной принципиальной схеме, сигнал возбуждения с широтно-импульсной модуляцией генерируется одним затвором широко известного чипа CD40106BE (IC2), за которым следует пара его вентилей, работающих в качестве буферов.
Результирующий управляющий сигнал ШИМ поступает на затвор силового МОП-транзистора (T1), который управляет светодиодом (LED). Таким образом, просто используя линейный потенциометр (RT1), можно изменять рабочий цикл выходного сигнала прямоугольной формы в определенном диапазоне и, следовательно, уровень яркости светодиода.
Как показали тесты, рабочий цикл управляющего сигнала можно регулировать с помощью RT1 в диапазоне примерно от 2% до 98%. А «ненагруженная» выходная частота в контрольной точке (TP1) составляет примерно от 2 кГц до 2,4 кГц. Индикатор отладки (LED1) не является обязательным и может быть убран.
Этот метод управления светодиодами прост и понятен, поскольку управляется строго ограниченным током в течение фиксированного интервала в каждом периоде ШИМ. Рабочий цикл сигнала ШИМ соответствует значению диммирования. Однако низкочастотное значение ШИМ (от 100 Гц до 2 кГц) часто делает едва заметное мерцание и вызывает напряжение или усталость глаз. К счастью, тут возможно расширить или улучшить диапазон регулировки регулятора яркости, изменив постоянные времени встроенного генератора.
Таким образом, можете выбрать лучшую частоту затемнения ШИМ, предпочтительно в диапазоне 2–5 кГц.
При необходимости, любой микроконтроллер может управлять схемой драйвера питания без каких-либо дополнительных компонентов. То есть им можно управлять или с помощью соответствующего аналогового сигнала, или с помощью сигнала с широтно-импульсной модуляцией.
