Компания ON Semiconductor выпускает широкую номенклатуру светодиодных драйверов с использованием различных технологий преобразования энергии. В данной статье дан обзор новинок линейных светодиодных драйверов серии NSI45XXX и NSI50XXX, разработанных компанией ONSEMI за последнее время.
Линейный генератор тока является самым простым прибором, обеспечивающим стабильные характеристики свечения светодиода в широком диапазоне питающих напряжений и температуры окружающей среды. Линейные драйверы светодиодов используются в тех случаях, когда напряжение питания заведомо больше падения напряжения на линейке питаемых светодиодов. Основные достоинства драйверов такого типа — простота, дешевизна, а также отсутствие высокочастотных помех при работе. При удачном сочетании питающего напряжения и схемы включения светодиодов достигаемая эффективность не намного хуже эффективности индуктивных и емкостных драйверов. Поэтому спрос на линейные драйверы остается. А в отдельных приложениях по соотношению цена/качество они сохраняют преимущество по сравнению с индуктивными и емкостными драйверами. Во многих применениях, например в автомобильном секторе, эффективность использования энергии менее важна, чем цена. В секторе линейных драйверов можно выделить драйверы-двухполюсники с фиксированным значением тока, трехполюсники с регулируемым током и многоканальные драйверы. Выходы линейных драйверов представляют собой генератор тока. Стабильный ток в широком диапазоне входных напряжений обеспечивает постоянную яркость и долговечность светодиодов.
Данную серию линейных драйверов разработала компания Semiconductor Components Industries, являющаяся подразделением ON Semi с декабря 2004 г. Разработки подразделения компании Semiconductor Components Industries имеют префиксы NSI и NCL, NUD, NLSF, NCP.
В линейных регуляторах серии NSI45/50xx используется патентованная технология
Self-Biased Transistor (SBT), обеспечивающая регулировку тока в широком диапазоне входных напряжений до 45 В. В регулирующем элементе используется отрицательный температурный коэффициент, что обеспечивает защиту светодиодов от перегрева, а также от повышенных напряжений и тока. Со стороны анодной цепи регулятора имеется защита от импульсных бросков напряжения. Импульсные помехи по цепям питания характерны для таких областей применения как автомобильный и промышленный сектор. Все микросхемы имеют широкий рабочий температурный диапазон –55…150°С. Поскольку при работе на корпусе линейных стабилизаторов тока рассеивается большая мощность, то микрокорпусных исполнений не предполагается.
По сути, во всех микросхемах серии NSI45xx используется один и тот же кристалл. Для драйверов с фиксированным током номинал тока задается встроенным резистором в технологической операции. А для драйверов с регулируемым током имеется вывод регулировки тока. Ток задается внешним резистором. Три типа корпусов (SOD-123, SOT-223, DPAK-4) обеспечивают разные уровни рассеиваемой мощности.
Цена микросхем определяется, в основном, ценой корпуса. Самые дешевые корпуса — SOD123. Более дорогие драйверы обеспечивают регулировку тока и в корпусе DPAK-4. Уровень цен на линейные регуляторы NSI45/50XX сопоставим с уровнем цен для мощных SMD-резисторов, которые традиционно используются как простейший вариант генератора тока для маломощных светодиодов.
Тип прибора |
Регулировка тока |
Диапазон тока, мА |
Корпус |
Рассеиваемая мощность на корпусе, Вт |
Макс. |
NSI50010YT1G |
Фикс. ток |
10 ±10% |
SOD-123 |
0,46 |
50 |
NSI45020AT1G |
Фикс. ток |
20 ±10% |
SOD-123 |
0,46 |
45 |
NSI45020JZT1G |
Есть |
20…40 ±15% |
SOT-223 |
1,5 |
45 |
NSI45025AT1G |
Фикс. ток |
25 ±10% |
SOD-123 |
0,46 |
45 |
NSI45025AZT1G |
Фикс. ток |
25 ±10% |
SOT-223 |
1,4 |
45 |
NSI45030AT1G |
Фикс. ток |
30 ±10% |
SOD-123 |
0,46 |
45 |
NSI45030AZT1G |
Фикс. ток |
30 ±10% |
SOT-223 |
1,4 |
45 |
NSI45060DDT4G |
Есть |
40…100 ±15% |
DPAK-4 |
2,7 |
45 |
NSI45090DDT4G |
Есть |
90…160 ±15% |
DPAK-4 |
2,7 |
45 |
NSI — префикс разработки подразделения Semiconductor Components Industries;
45/50 — название семейства линейных драйверов;
10/20/25/30/60/90 — номинальный ток драйвера;
J — наличие вывода для установки тока;
AT — корпус SOD-123;
ZT — корпус SOT-223;
DDT4 — корпус DPAK-4.
Семейство драйверов NSI45/50xx обеспечивает управление маломощными светодиодами с рабочими токами 10–160 мА. Драйверы всех типов семейства допускают параллельное включение для увеличения суммарного тока. Возможность параллельного включения нескольких драйверов обеспечивает увеличение тока в цепи светодиода до 400–600 мА. С помощью мощных драйверов типа NSI45090DDT4G обеспечивается управление светодиодами мощностью 1–3 Вт. На рисунке 1 показаны типовые схемы включения линейных драйверов с регулировкой тока.
Слева на этом рисунке показана топология с несколькими цепочками светодиодов, в каждой из которых ток задается отдельным генератором тока. Справа показано параллельное объединение нескольких стабилизаторов для увеличения тока в цепочке светодиодов.
Рис. 1. Типовые схемы включения линейных драйверов с цепью установки тока
|
В примере схемы используются сверхъяркие светодиоды «Пиранья» HF3-R5570 красного свечения, рассчитанные на номинальный ток 20–60 мА и имеющие яркость 1 лм при токе 20 мА.
При питании цепочки из трех светодиодов с током 100 мА падение напряжения на драйвере составляет 3–5 В. Рассеиваемая мощность на корпусе одной микросхемы — 0,3–0,5 Вт. При токе 20–30 мА мощность рассеивания равна 0,1–0,2 Вт. В этом случае можно использовать более дешевые драйверы в корпусе SOD-123.
Для установки требуемого значения тока для регулируемых стабилизаторов следует подобрать соответствующий номинал токорегулирующего резистора Radj. Его значение выбирается с помощью графика зависимости тока от сопротивления, представленного в техническом описании. На рисунке 2 представлена функция зависимости тока от номинала токозадающего резистора для одного из типов драйвера.
Рис. 2. Функция зависимости тока от номинала токозадающего резистора Radj
|
Драйверы линейки NSI45/50xx, в основном, применяются в автомобильном секторе. Главное назначение — управление светодиодными индикаторами, расположенными на приборной панели автомобиля (дискретные индикаторы состояния автомобильных систем, графические полоски расходомеров, фоновая подсветка панели приборов и т.д.). Основные достоинства серии NSI45/50xxx — работа в широком диапазоне напряжений до 45/50 В, что обеспечивает защиту от бросков тока в автомобильной сети, а также широкий температурный диапазон –55…150°С.
Диапазон рабочих напряжений 12В автомобильной сети равен 9–16 В. Однако возможны и скачки напряжений до 40 В при включении таких индуктивных нагрузок в бортовой сети автомобиля как стартер, кондиционер, электроприводы стеклоподъемников, замки дверей и т.д. Список потенциальных применений маломощных светодиодных источников света в автомобилях включает:
– линейку светодиодов для центрального стоп-сигнала (CHMSL);
– подсветка индикаторов приборной панели автомобиля (торпеды);
– подсветка режимных кнопок и переключателей в авто, индикаторов открытых дверей и непристегнутых ремней безопасности;
– верхний свет в салоне (Dome Lighting);
– подсветка зеркал (Mirror Lights);
– противотуманный свет (Fog Lights, задние противотуманные лампы — опциональные фонари);
– подсветка порогов и гнезда ключа зажигания;
– RGB Ambient Lighting — внешняя декоративная подсветка корпуса автомобиля цветными RGB-светодиодами
– подсветка аварийного стоп-сигнала;
– светодиодная подсветка поворота на боковых зеркалах, подсветка приборной панели;
– лампы подсветки автомобильного номера
– уголковый или стрелочный указатель поворота на боковых зеркалах автомобиля;
– дополнительные габаритные светодиодные огни фур, фургонов и грузовиков.
Драйверы с успехом используются для управления как одиночными, так и кластерными светодиодными источниками света в других приложениях, например, в ночниках, аварийном или дежурном освещении, декоративном оформлении интерьеров, подсветке рекламных вывесок, в светодиодных рекламных буквах. И, наконец, микросхемы используются в качестве генераторов тока в различных приборах, зарядных устройствах, телекоммуникационных цепях.
На сегодняшний день светодиодные буквы — один из самых распространенных и востребованных видов наружной рекламы, который нашел свое признание среди рекламодателей. Световые объемные буквы используются как в качестве фасадной вывески, так и рекламного объявления.
Долговечность, относительно невысокая стоимость, а также возможность использования в сочетании с другими рекламными средствами делают светодиодные буквы одним из самых востребованных видов современной наружной рекламы.
Буквы заполняются светодиодами и подключаются особым образом, что позволяет создать феерические эффекты переливов цвета. Такая вывеска заставляет рекламу работать. На рисунке 3 показана вывеска со светодиодными буквами.
Рис. 3. Рекламная вывеска со светодиодными буквами
|
В телекоммуникационных сетях довольно часто используются контактные соединения типа «скрутка» или соединители с прижимными контактами. Эти контакты могут окисляться или намокать, приводя к увеличению сопротивления линии и нарушению связи. Использование генераторов тока в модемных линиях обеспечивает прохождение импульсных сигналов в связном канале, несмотря на изменение сопротивления в контактных соединениях. Протекающий постоянный ток зависит от сопротивления в зоне контакта проводов. Чем больше сопротивление, тем больше напряжение на контактной паре. Повышение напряжения приводит к разрушению окисной пленки в зоне контакта. При этом обеспечивается «смачивание» контактов для прохождения информационных сигналов переменного напряжения.
Для подсветки индикаторов на приборной панели автомобиля используются как одиночные светодиоды, так и цепочки светодиодов с рабочими токами 20–40 мА (см. рис. 4). В современных автомобилях применяется функция адаптивного изменения яркости подсветки «ночь-день», а также смена цвета фоновой подсветки приборной панели.
Рис. 4. В современных автомобилях пользователь может выбрать цвет подсветки приборной панели с помощью цепочки цветных светодиодов
|
Центральный стоповый фонарь CHMSL (Centre High Mount Stop Lamp) в седанах устанавливается внутри салона в верхней или нижней части заднего стекла (см. рис. 5).
В универсалах и хэчбэках фонарь крепится вверху стекла задней двери (см. рис. 6). Это стандартный автомобильный сигнальный фонарь, который используется во всех современных автомобилях. Он загорается при нажатии на педаль тормоза и является дополнительным по отношению к двум стоповым огням слева и справа. Впервые сигнальный фонарь появился в модели автомобиля Ford Thunderbird в 1968–1971 гг. Этот сигнал способствует увеличению безопасности движения как в дневное, так и в ночное время. После введения дополнительного третьего стопового огня число аварий при ударе сзади из-за несвоевременного торможения сократилось на 8,5%.
Предупреждающий фонарь имеет форму вытянутой полоски длиной 15–40 см. В настоящее время он реализуется на светодиодных полосках красного свечения.
Рис. 5. Светодиодный центральный стоповый сигнальный фонарь в седане
|
Рис. 6. Схема светодиодного сигнального фонаря CHMSL
|
Сигнал поворота дублируется на задних фонарях, боковых индикаторах на крыльях, а также на зеркалах бокового обзора (сбоку и на плоскости самих зеркал, см. рис. 7 и 8). Дублирующие сигналы поворота обеспечивают индикацию предполагаемого маневра в широком угловом пространстве, что повышает уровень безопасности при выполнении маневров. При очень плотном движении, например в пробке, основные задние сигналы поворота могут быть закрыты корпусами соседних автомобилей. При этом обгоняющий слева водитель машины не видит основной боковой сигнал, а задний закрыт стоящим вплотную автомобилем.
Электронные датчики внешней освещенности позволяют автоматически регулировать яркость светодиодных сигналов в боковых зеркалах обзора, что повышает комфортность вождения и обеспечивает повышение уровня безопасности движения.
Рис. 7. Дублирующие сигналы поворота на крыле, зеркале бокового обзора снаружи и внутри (подсвечиваемая стрелка)
|
Рис. 8. Демонстрация работы сигнальной стрелки поворота на боковом зеркале обзора
|
Для оценки возможностей светодиодных линейных драйверов семейства NSI45/50xx компания ON Semi предоставляет два типа демо-плат: DS2361 (см. рис. 9) и CCRGEVB. На первой плате демонстрируются возможности драйвера одного типа NSI5030T1G применительно к автомобильному сектору.
На плате имеются точки для контроля напряжений и токов, а также перемычки для выбора токовых режимов и конфигурации включения драйверов.
Рис. 9. Демо-плата DS2361 (работа драйверов NSI45030T1G)
|
Плата CCRGEVB демонстрирует простоту, элегантность и низкую стоимость решений на основе линейных регуляторов тока компании ON Semiconductor. Плата содержит четыре отдельных схемы, в которых используются шесть типов драйверов: NSI45020AT1G, NSI45030AT1G, NSI45030AZT1G, NSI45035JZT1G, NSI45060DDT4G, NSI45090DDT4G.
Компания «Компэл» является официальным дистрибьютором ON Semiconductor. Образцы всех представителей семейств драйверов NSI45xx/NSI50xx доступны со склада компании в Москве. Также доступны для заказа и демонстрационные платы DS2361 и CCRGEVB.
2. NSI45020JZT1G Adjustable Constant Current Regulator & LED Driver. Datasheet.
3. NSI45025AT1G Constant Current Regulator & LED Driver. Datasheet.
4. NSI45025AZT1G Constant Current Regulator & LED Driver. Datasheet.
5. NSI45030AT1G Constant Current Regulator & LED Driver.
6. NSI45035JZT1G Adjustable Constant Current Regulator & LED Driver.
7. NSI45060DDT4G Adjustable Constant Current Regulator & LED Driver.
8. AND8349/D Automotive Applications The Use of Discrete Constant Current Regulators (CCR) for CHMSL Lighting.