NE_10_2010.pdf

СОДЕРЖАНИЕ

№10 (90), 2010 г.

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Информационно-технический

журнал

Интегральные драйверы для светодиодного освещения. Часть I: AС/DC-драйверы

Сергей Миронов .............................................................................................................3

Учредитель – ЗАО «КОмпэл»

Интегральные драйверы для светодиодного освещения. Часть II: DС/DC-драйверы

Сергей Миронов .........................................................................................................7

Издается с 2005 г.

Контроллеры Texas Instruments для питания светодиодных светильников:

интеллект плюс эффективность

Михаил Червинский ................................................................................................13

Свидетельство о регистрации:

пИ № ФС77-19835

До двух ампер: интегральные стабилизаторы тока для светодиодного

освещения

(STMicroelectronics) Константин Староверов ........................................................18

Редактор:

Геннадий Каневский

vesti@compel.ru

Выпускающий редактор:

Анна Заславская

Линейные и импульсные: драйверы мощных светодиодов от Maxim

Евгений Звонарев ....................................................................................................21

Оптимизация разработки драйверов сверхъярких светодиодов

(International Rectifier) Питер Грин .........................................................................25

Редакционная коллегия:

Андрей Агеноров

Евгений Звонарев

Сергей Кривандин

Александр маргелов

Николай паничкин

Борис Рудяк

Илья Фурман

NUD4700 – недорогое решение для повышения надежности светодиодных

осветительных приборов

(ON Semiconductor) Евгений Звонарев .....................................................................29

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

Герметичные соединители в системах светодиодного освещения

(Mean Well) Андрей Конопельченко .......................................................................31

Дизайн, графика, верстка:

Елена Георгадзе

Владимир писанко

Евгений Торочков

ВОПРОСЫ ЧИТАТЕЛЕЙ ..............................................................................................32

Распространение:

Анна Заславская

Электронная подписка:

www.compeljournal.ru

Отпечатано:

«Гран при»

г. Рыбинск

В СЛЕДУЮЩИХ НОМЕРАХ

Тираж – 1500 экз.

Компоненты и решения для промышленной автоматики

Высоконадежная продукция Texas Instruments

Модульные AC/DC-преобразователи

Подписано в печать:

5 октября 2010 г.

Если вы хотите предложить интересную тему для статьи в следующий номер журнала –

пишите на адрес vesti@compel.ru с пометкой «Тема в номер».

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 10, 2010

ОТ РЕДАКТОРА

Уважаемые

читатели!

пожалуй, это первый случай

за все время выпуска журнала

«Новости электроники», когда

с продолжением печатается не

просто статья, а целый номер.

Даже слоган на обложке мы ре-

шили продублировать.

причина проста. Если вы вни-

мательно читали предыдущий,

девятый номер, то наверняка об-

ратили внимание на приведен-

ные в его редакционной замет-

ке цифры: в 2008 году, покупая

светодиодный светильник, вы

платили 60% цены за светодиоды

и лишь 20% – за источник пи-

тания, а в 2010 году – уже 25%

за светодиоды, а 45% – за ис-

точник питания. причина этого

– удешевление светодиодов при

сохранении стоимости источни-

ка питания. Но есть еще один

показатель, специфичный для

переживающего бум российско-

го рынка полупроводниковых

осветительных приборов. Зна-

чительная часть производителей

предпочитает разрабатывать соб-

ственные источники питания для

своих светодиодных светильни-

ков, а не пользоваться готовыми

модульными решениями. Соб-

ственные решения зачастую по-

лучаются более экономичными

при выпуске изделий большими

партиями, а также при разра-

ботке светильников специально-

го применения в специфических

корпусах, куда готовые модули

зачастую просто не помещаются.

модульные же источники пита-

ния предпочтительней при выпу-

ске малых и средних партий из-

делий.

по информации инженеров

компании КОмпэл, до 70%

всех регистрируемых в компании

проектов по разработке светоди-

одных светильников предполага-

ют самостоятельную разработку

источников питания. В лидерах

продаж – специализированные

микросхемы для этих целей про-

изводства Texas Instruments,

ON Semiconductor, International

Rectifier, Maxim, Macroblock,

Zetex, Supertex. Интегральным

решениям ведущих мировых

производителей, предназначен-

ным для разработчиков источни-

ков питания полупроводниковых

осветительных систем, и посвя-

щен этот номер журнала.

С уважением,

Геннадий Каневский

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 10, 2010

ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Сергей Миронов (КОМПЭЛ)

Интегральные драйверы

для светодИодного освещенИя

Часть I: ас/DC-драйверы

В статье рассказывается о том, как выбрать AC/DC-драйверы для по-

строения источников питания светодиодных светильников. Также рас-

сматривается номенклатура интегральных драйверов от Texas Instruments,

STMicroelectronics, International Rectifier, ON Semiconductor, Supertex,

Macroblock, Zetex.

питания под свои конкретные цели и

задачи будет иметь меньшую себестои-

мость по сравнению с покупным.

Во всех этих случаях выходом из

положения будет применение в разра-

батываемом светодиодном светильнике

интегральных драйверов, которые обе-

спечивают большую свободу выбора

электрических и конструктивных пара-

метров устройства питания светильника

и часто оказываются просто незамени-

мыми. Используя интегральные драйве-

ры, можно построить схему питания не-

посредственно на светодиодном модуле.

Если в светильнике используются не-

сколько светодиодных линеек, то доста-

точно просто организовать их питание

так, что каждая линейка будет питать-

ся от своего драйвера с точно заданным

значением тока. Применяя в этом слу-

чае модульные источники, мы должны

или выбирать многоканальные (дорого-

стоящий вариант), или мириться с не-

которым перераспределением тока через

цепочки при выборе одноканального.

Так как светодиодное освещение от-

носится к энергосберегающему, то од-

ним из основных параметров источника

питания является его коэффициент по-

лезного действия (КПД). Именно здесь,

правильно выбрав используемые ком-

плектующие и построение схемы, мож-

но существенно поднять общую эффек-

тивность осветительного прибора.

один из видов энергосбереже-

ния, все шире используется в

нашей повседневной жизни.

Поправки к СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-

10, принятые 15.03.2010 г., разре-

шили применение светодиодных све-

тильников во всех сферах, кроме

учреждений дошкольного, школьного и

профессионально-технического образо-

вания.

Для обеспечения продолжительно-

го срока службы, высокой надежности

и стабильности характеристик светиль-

ников светодиоды, используемые в них,

необходимо питать постоянным стабиль-

ным током.

В качестве источника питания мож-

но выбрать готовое решение в виде мо-

дульного источника тока. Производи-

телей подобных изделий много: Mean

Well, Inventronics, Philips Advance и

др. Преимущество такого выбора оче-

видно – нужно только подобрать по

требуемым параметрам модуль, кото-

рый имеет вход и выход, встроить его

в светильник и выполнить необходимые

электрические подключения. При таком

подходе обеспечивается максимально

быстрый выход разрабатываемого изде-

лия на рынок, так как не требуется до-

полнительной разработки и проведения

испытаний, связанных с источником пи-

тания.

Однако не всегда можно использо-

вать готовый модуль. Например, если

при расчете светильника требуется «не-

стандартное» значение тока через свето-

диоды, или напряжение питания отли-

чается от сетевого. Дело в том, что за

редким исключением модульные источ-

ники имеют значение выходного тока,

кратное 350 мА (700, 1050 мА и т.д.) и,

как правило, рассчитаны на сеть 220 В

и 50 Гц. Популярные (ввиду невысокой

цены и хорошей эффективности) мощ-

ные светодиоды MX6 компании CREE

имеют номинальный ток 300 мА, что

несколько ниже «стандартного» значе-

ния силы тока. На рынке представле-

ны модульные источники и с подобны-

ми характеристиками (300...310 мА),

но они встречаются нечасто (например,

компании Soaring ). Также модули не

подходят, если требуется в разрабаты-

ваемом изделии реализовать функцию

автоматического управления яркостью

в зависимости от каких-либо условий.

Несомненно, на рынке присутствуют мо-

дульные источники с функцией управ-

ления, но их номенклатура ограничена,

и не всегда можно подобрать подходя-

щий по всем параметрам модуль. Быва-

ют ситуации, когда габаритные размеры

или конструкция модульного источни-

ка не подходят под разрабатываемое

устройство. Например, светильник име-

ет круглый форм-фактор, а выбранный

по электрическим параметрам модуль –

прямоугольную форму и большие габа-

ритные размеры, и это препятствие ни-

как не обойти. Также надо учитывать

и экономический фактор. При серийном

производстве разработанный источник

Рис. 1. Классификация драйверов в интегральном исполнении

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 10, 2010

С ветодиодное освещение, как

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

ОБЗОРЫ

Рис. 2. AC/DC-драйверы Texas Instruments

низкое значение сопротивления датчика

тока, рассчитанного на меньшую рассеи-

ваемую мощность, что в конечном итоге

минимизирует общие потери в источни-

ке питания и повысит его КПД. В со-

временных интегральных драйверах на-

пряжение обратной связи находится в

диапазоне от 100 до 250 мВ.

В зависимости от величины Uвых/

Uвх интегральные драйверы делятся

на DC/DC-понижающие ( buck ), DC/

DC-повышающие ( boost ), DC/DC-

понижающе-повышающие ( buck-boost )

и AC/DC-преобразователи (рис. 1).

AC/DC-преобразователи могут иметь

в схеме корректор коэффициента мощ-

ности (ККМ) и строиться по топологии

с наличием или отсутствием гальваниче-

ской связи выхода и первичной сети.

При проектировании схемы питания

светильника необходим комплексный

подход. Нельзя рассматривать источник

питания в отрыве от нагрузки (светоди-

одного модуля) и конструкции изделия.

Разрабатывая светодиодный модуль, не-

обходимо представлять, по какой схеме

он будет строиться. Пренебрегая ком-

плексным подходом, можно в итоге по-

лучить либо неработоспособный све-

тильник, либо прибор, который не будет

удовлетворять требованиям норматив-

ных документов, и, соответственно, его

невозможно будет сертифицировать.

В осветительном приборе возмож-

но применение любого типа AC/DC-

преобразователя; главным является

выполнение требований нормативных

документов.

ГОСТ Р 51317.3.2-2006 «Совмести-

мость технических средств электромаг-

нитная. Эмиссия гармонических состав-

ляющих тока техническими средствами

с потребляемым током не более 16 А (в

одной фазе). Нормы и методы испы-

таний» косвенно регламентирует нали-

чие/отсутствие ККМ.

В соответствии с данным докумен-

том все оборудование делится на четыре

класса: A, B, C и D. Класс С – это источ-

ники питания светового оборудования –

именно то, что нас интересует. Граница

разделения по эмиссии гармонических

составляющих в приборах этого класса

определяется потребляемой мощностью

и составляет 25 Вт. На приборы с потре-

бляемой мощностью меньше 25 Вт требо-

вания на эмиссию гармонических состав-

ляющих менее жесткие (таблицы 1 и 2).

Для выполнения этих требований в схе-

му источника питания часто приходится

вводить активную коррекцию мощности

с коэффициентом 0,8...0,99.

Коэффициент мощности λ является

комплексным показателем, характери-

зующим эффективность использования

ресурсов источника питания, и опреде-

ляется как отношение между активной

(полезной) и полной (активной и реак-

тивной) потребляемой мощностью пре-

Номенклатура выпускаемых инте-

гральных драйверов по способу стабили-

зации делится на две большие группы:

линейные и импульсные стабилизаторы

тока (рис. 1). Ввиду больших значений

токов в осветительных приборах линей-

ные стабилизаторы не нашли в них при-

менения из-за низкой эффективности.

Они в основном применяются для пи-

тания сверхъярких светодиодов, напри-

мер, в экранах, табло, для подсветки

различных устройств. В осветительных

приборах применяются исключительно

импульсные стабилизаторы, использо-

вание которых позволяет достичь КПД

95...98% в широком диапазоне вход-

ных/выходных напряжений.

Потери в импульсном преобразовате-

ле можно разделить на две группы: по-

тери при преобразовании, связанные с

неидеальностью параметров применяе-

мых комплектующих, и потери в цепи

обратной связи. Снизить первые мож-

но, применяя более современные и каче-

ственные комплектующие: микросхемы

с малым собственным током потребле-

ния; быстродействующие транзистор-

ные ключи с минимальным внутренним

сопротивлением, лучшими частотно-

временными параметрами и небольшой

энергоемкостью по входу; а также ис-

пользуя более качественные моточные

изделия и т.д. Потери, возникающие в

цепи обратной связи, напрямую зависят

от значения опорного напряжения (на-

пряжения обратной связи), относитель-

но которого происходит стабилизация

тока. Применяя микросхемы с мини-

мально возможным значением опорного

напряжения, можно использовать более

Таблица 1. нормы гармонических составляющих тока для ИП светового оборудования мощностью

менее 25 вт

Порядок гармонической составляющей, n

Макс. допустимое значение гармонической

составляющей тока, % основной гармони-

ческой составляющей потребляемого тока

30λ*

11 ≤ n ≤ 39 (только для нечетных гармони-

ческих составляющих)

* Коэффициент мощности цепи

Таблица 2. нормы гармонических составляющих тока для ИП светового оборудования мощностью

более 25 вт

Порядок гармонической

составляющей, n

Макс. допустимое значение

гармонической составляю-

щей тока на 1 Вт мощности

ТС, мА/Вт

Макс. допустимое значение

гармонической составляю-

щей тока, А

3,4

2,3

1,9

1,14

0,77

0,5

0,4

0,35

0,33

13 ≤ n ≤ 39

3,85/n

в соответствии с таблицей 1

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 10, 2010

ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

образователя напряжения: λ =Pвх.ак/

Sвх.полн. Коэффициент мощности по-

казывает, какая часть потребляемой из

первичной сети энергии идет на преоб-

разование, а какая – «гуляет» по про-

водам, не совершая полезной работы

(реактивная составляющая), вынуждая

прокладывать провода с увеличенным

сечением во избежание перегрева.

К чему на практике приводит отсут-

ствие ККМ и невыполнение этих требо-

ваний? При традиционном построении

источника питания, когда его входная

цепь содержит выпрямительный мост и

сглаживающий конденсатор (реактив-

ная нагрузка), ток из сети потребляется

кратковременно в виде коротких импуль-

сов, совпадающих с пиковым значением

входного напряжения, в сети появляют-

ся высшие гармоники тока, и искажает-

ся форма напряжения сети. Основную

опасность представляют все кратные

третьей гармоники тока. Дело в том, что

эти гармоники из каждой фазы сумми-

руются в нулевом проводнике трехфаз-

ной сети, что может привести к его пе-

регреву и возгоранию изоляции. Задача

ККМ состоит в том, чтобы сформировать

входной ток источника питания синусои-

дальной формы, по фазе совпадающий с

входным напряжением, т.е. сделать ис-

точник питания по отношению к первич-

ной сети активной нагрузкой.

Какой источник питания использо-

вать для питания светодиодного све-

тильника – гальванически развязанный

или гальванически связанный с первич-

ной сетью? Прямого запрета на исполь-

зование того или другого нет. Опять же,

есть нормативный документ ГОСТ Р

МЭК 60598-1-2003 «Светильники. Об-

щие требования и методы испытания», в

соответствии с которым все светильники

делятся на три класса по защите от по-

ражения электрическим током:

• Класс I – защита от поражения

электрическим током обеспечивается

основной изоляцией и присоединением

доступных для прикосновения прово-

дящих деталей к защитному (заземлен-

ному) проводу стационарной проводки

таким образом, чтобы доступные прово-

дящие детали не могли стать токоведу-

щими в случае повреждения основной

изоляции;

• Класс II – светильник, в котором

защита от поражения электрическим то-

ком обеспечивается основной изоляци-

ей, применением двойной или усиленной

изоляции, и, который не имеет устрой-

ства для защитного заземления или спе-

циальных средств защиты в электриче-

ской установке;

• Класс III – светильник, в котором

защита от поражения электрическим то-

ком обеспечивается применением безо-

пасного сверхнизкого напряжения пита-

ния (БСНН по данному документу до

50 В включительно).

Рис. 3. типовая схема включения UCC28810/1

Рис. 4. номенклатура AC/DC-драйверов STM

Для каждого из этих классов установ-

лены требования к электрической проч-

ности изоляции: Класс I – 2U+1000 В;

Класс II – 4U+2750 В; Класс III –

500 В, где U – напряжение питания све-

тильника, В.

При разработке самого светильника

и источника питания к нему с использо-

ванием AC/DC-преобразователя важно

обеспечить необходимую электрическую

прочность изделия выбором материалов

и конструктивных решений. Напри-

мер, изделие по классу I может иметь

гальваническую связь с сетью, но при

этом необходимо, чтобы доступные для

прикосновения токопроводящие детали

имели защитное заземление и применяе-

мые комплектующие и материалы смог-

ли обеспечить напряжение пробоя бо-

лее 1440 В между входной клеммой и

корпусом изделия. Как вариант, можно

применить в изделии источник питания,

гальванически не связанный с сетью, а

необходимое значение напряжения про-

боя (1,44; 3,63 кВ) обеспечить меж-

слойной изоляцией в трансформаторе,

например, основной изоляцией и/или

двойной изоляцией.

Выше говорилось о некоторых тео-

ретических аспектах, на которые сле-

дует обращать внимание при выборе

того или иного AC/DC-драйвера и схе-

мы для построения источника питания

осветительного прибора на его основе.

Теперь перейдем к рассмотрению но-

менклатуры интегральных драйверов.

Производителей интегральных драй-

веров в мире немало. Практически

каждый из них имеет в составе своих

изделий линейку интегральных драй-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 10, 2010

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: