Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 15) – Un driver per LED economico e dalle prestazioni elevate

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 

Le caratteristiche dei LED di elevata affidabilità (durate di funzionamento superiori a 50.000 ore), buona efficienza (175 lumen/watt) e risposta quasi istantanea ne fanno una sorgente ottica molto interessante. Tuttavia, la progettazione del driver per un LED non è senza problemi.

Una luminosità controllata richiede che il driver del LED applichi una corrente costante, indipendente dalla tensione di ingresso. Abbastanza spesso, il LED deve essere dimmerabile; ad esempio, potrebbe essere desiderabile attenuare l’intensità luminosa di un display o di luci architetturali. Esistono due metodi per ottenere questo risultato: variare la corrente del LED o utilizzare la modulazione a durata di impulso (PWM). Il primo metodo è quello meno efficace, poiché l’uscita ottica non è in un rapporto di completa linearità con la corrente e lo spettro cromatico del LED tende a presentare spostamenti a correnti minori di quella nominale.

È importante tenere presente che l’occhio umano percepisce la luminosità secondo una curva esponenziale e quindi è necessaria una grande variazione percentuale della corrente per ottenere la massima attenuazione. Ciò influisce notevolmente sul progetto del circuito, poiché un errore di regolazione del 3% alla massima corrente può trasformarsi in un errore del 30% o più a un carico del 10%, a causa delle tolleranze del circuito. L’attenuazione della forma d’onda di corrente mediante PWM è più precisa, anche se la velocità della risposta diventa un problema. Negli impianti di illuminazione e nei display, è desiderabile che la PWM sia effettuata a frequenze maggiori di 100 Hz affinché l’occhio umano non percepisca lo sfarfallio.

Fig. 1 – Il MC33063 permette di realizzare un economico driver per LED

L’oscillatore genera un impulso di avvio che porta in conduzione l’interruttore e la tensione di ingresso viene applicata al resistore di rilevazione della corrente, al LED e all’induttore. Quando la corrente raggiunge il valore di circa 350 mA, il comparatore del limite di corrente apre l’interruttore. La tensione dell’induttore si inverte e diventa maggiore della tensione d’ingresso, portando in conduzione il diodo flyback. La corrente continua a circolare nell’induttore e nel LED finché l’interruttore non si chiude al successivo ciclo di commutazione. Questo circuito è molto adattabile per un’ampia gamma di applicazioni. L’impiego di un regolatore a commutazione con tensione nominale di 40 volt e corrente nominale di 1,5 ampere è utile in dispositivi palmari, elettrodomestici e autoveicoli, dove sono desiderabili semplicità e basso costo. La topologia base potrebbe essere adattata per una gamma molto più ampia di applicazioni, anche se potrebbe risultare difficile attuare così semplicemente il controllo isteretico e le funzioni di abilitazione.

Il circuito illustrato nella figura 1 è stato costruito e verificato. La figura 2 mostra il comando di disabilitazione e la forma d’onda della corrente nel LED che ne risulta. Il LED è facilmente dimmerabile mediante PWM a 500 hertz. I tempi di salita e di discesa della forma d’onda di corrente sono minori di 100 us. Se nel LED si potesse tollerare una corrente di ripple maggiore, si potrebbe realizzare l’induttore con un valore minore e quindi migliorare sia il tempo di salita che quello di discesa. Tuttavia, una PWM a 500 Hz è adatta per la maggior parte delle applicazioni.

Verde = Corrente di uscita
500 us/div

Blu = Segnale di disabilitazione (PWM)
10 us/div

Fig. 2 – Il comando a corrente isteretica assicura una veloce risposta PWM

Riepilogando, sebbene non sia stato progettato specificamente per il comando di LED, un regolatore a commutazione come l’MC33063 offre buoni risultati per questo scopo. Il suo amplificatore di errore può essere utilizzato come dispositivo di disabilitazione per il dimmeraggio PWM del LED, il suo comparatore del limite di corrente offre una riposta rapida e regolazione precisa della corrente, e il suo interruttore di alimentazione incorporato consente di realizzare un circuito compatto e semplice. Desidero ringraziare Dave Parks alla TI per l’ausilio prestatomi nella preparazione di questo numero.

Il prossimo argomento della rubrica saranno gli snubber degli alimentatori.

Bibliografia

Betten, John, “LED Lighting Illuminates Buck Regulator Design,” Power Electronics Technology, October 1, 2007:
http://powerelectronics.com/power_management/lighting_power_management/led-buck-regulator-design-feedback-loop-1007/

Per leggere numeri precedenti della rubrica “Suggerimenti sull’alimentazione” di Robert Kollman:
www.eo-web.it/webexclusive
Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: www.ti.com/power-ca
Per contattare Robert Kollman: powertips@list.ti.com

Robert Kollman, Texas Instruments

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