Por Franco Musiari {DESIGN IN}

Buck Reguladores

Esta es la topología más simple - véase la Fig. 5 - y puede sustituir directamente el lineal reguladores descritos anteriormente. El circuito de control de unidades de un transistor en forma alternativa en la conducción y el estado de interdicción. Durante la conducción el estado actual de los flujos de VIN a la diodo (verde línea de puntos en la Fig. 5) y la energía asociada a la inicialmente delta entre VIN y la caída de tensión en el LED, en el transistor y en la RS se almacena en la inductancia. En el aumento de la energía almacenada en el circuito magnético, la resistencia disminuye al paso de la corriente, corriente que crece hasta que el controlador, que las medidas en RS, no conducir el transistor a la interdicción.

En este punto, la energía, almacenados en la inductancia, mantiene el flujo de la corriente a través de los LED, cerrando el circuito de diodo D1 (línea punteada de color rojo en la Fig. 5) y la reducción de sí mismo cuando el transistor está impulsado nuevamente en la conducción y el ciclo comienza una vez más. El valor actual máximo es determinado por la resistencia RS y por el umbral establecido en el controlador. El valor mínimo se determina, por el contrario, por el ciclo del transistor ON / OFF ciclo.

¿Por qué utilizar reguladores dedicado a los LEDs?

La respuesta es más fácil con un ejemplo directo de la topología de Buck reguladores,

 pero es válida en términos generales. La Figura 6 muestra el circuito de un regulador Buck de National Semiconductor - LM25007 - Buck Este regulador puede funcionar con voltajes de entrada de 9 a 42 V y podría ser fácilmente adaptado, a través de las revisiones descritas en la imagen, para operar una unidad de LED ( LED o un array). El regulador trabaja para mantener la tensión en el pin FB comentarios a 2,5 V, y que deseen un curso sobre el LED de 350mA, sería suficiente para poner R4 igual a 2,5 V / 0,35 A  7 . El error no se presenta teniendo en cuenta la corriente de entrada en pin FB no es importante debido a la alta impedancia. Sin embargo, esta resistencia se pasa a través de la actual en la pantalla, una disipación de potencia igual a R • I2 = 7 • 0352  0,86 W (casi comparable a la potencia de cada gama LED). Y la disipación de R4 debe ser aún mayor por el aumento de la LED pide actual.

El LM3402 de National Semiconductor - Buck regulador de corriente constante en hasta 0,5 A por un LED de conducción - tiene un circuito equivalente a la que se muestra en un gráfico 6, con la diferencia de que la información de tensión se reduce a 200 mV (0,2 V ).

Para obtener una corriente en el LED de 350mA es suficiente una resistencia de 0,2 V / 0,6 A 0,35    que dará lugar a una disipación de tan sólo 73 mW. Una reducción del 91% en comparación con el caso anterior, con el consiguiente aumento espectacular de la eficiencia energética.

Reguladores de empuje

 Si el voltaje de la fuente de alimentación es inferior a la VF directos totales de tensión, es necesario utilizar un impulso regulador que es capaz de elevar el voltaje de salida. La topología - ver Fig.7 - es un poco más complejo sobre todo para la necesidad de un doble control: por LEDs y actual sobre la corriente de carga de la inductancia en la rama de la entrada de la fuente de alimentación. Cabe señalar que esta topología es incapaz, en su configuración mínima, para funcionar cuando el voltaje de entrada supera el total de VF de la serie de la cadena de LED. En este caso, la actual debe fluir sin control de la entrada a los LED con sus probables daños. Durante el período de conducción del transistor, el actual, que fluye desde el VIN de entrada a tierra, los cargos de la inductancia a un valor máximo actual que es controlado a través de la resistencia RI. El diodo D1 impide que la carga de las emisiones de CO condensador, durante el período de conducción del transistor, es cortocircuito a tierra, pero los suministros de la cadena de LED. En el momento de la interceptación transistor, la energía almacenada en la inductancia se transfiere, a través del diodo D1, en la cadena de LED y en la producción de CO condensador. La Inductancia y las emisiones de CO son los principales encargados de la formulación de la imputación y la transferencia de energía.

Reguladores Sepic

El SEPIC, o convertidor de inductancia primaria en terminacion sencilla, es una combinación de reguladores Buck y de empuje junto topologías por un condensador - CC en Fig.8-que es el punto débil de la cadena, ya que debe gestionar toda la energía que deben ser convertidos para una correcta LEDs de conducción. La necesidad de dos inductancia es a menudo mencionado como una topología de gran desventaja, pero que puede ser acoplado en el mismo núcleo que permite un ahorro de espacio. Por otro lado la topología da la posibilidad de tener una corriente de entrada sin cambios bruscos y esto reduce significativamente las emisiones de la IME con la oportunidad de simplificar los filtros de entrada. Este tipo de regulador es útil en situaciones en las que la tensión de salida no siempre es superior a la tensión de entrada VIN. Por ejemplo, una única célula en-iones de litio (Li-Ion) tiene una tensión que varía entre 2,5 y 4,2 V, en función de su cargo estado. Por otro lado la salida podrá solicitar sólo el 3 o 4 voltios medio de un LED de alimentación. Otro ejemplo: cuando el número de LED y la tensión de alimentación cambio de una plataforma a otra, sino que puede ser ventajoso usar un único circuito válido para todas las plataformas, la superación de las desventajas de los costos más elevados debido a componentes adicionales.

En el CC de encendido cargos a VIN valor, cuando el transistor se inicia la conducción, que conecta la armadura CC positiva a la tierra y las corrientes actuales a través de L2 (línea de puntos verdes en la Fig. 8) de carga que, al mismo tiempo, L1 es demasiado cargado. En el transistor estado de interdicción de la carga de energía, acumulado en L2, que se descarga a través de D1 (línea punteada de color rojo), mientras que el acumulado en una L1 ofrece a CC para la recarga VIN valor, y el ciclo comienza de nuevo. Tiene sentido que absorbe la corriente de la VIN de entrada no es más impulsivo, como en las demás topología, pero varía en torno a un valor medio. La tensión de salida es aproximadamente igual a: • VIN [ton / (1-t)], donde la tonelada es el tiempo de conducción del transistor. La flexibilidad ofrecida por esta topología de todos modos implica una menor eficiencia en relación con las pérdidas en el diodo (Schottky), sobre todo si el voltaje de salida es relativamente baja, y las pérdidas en la resistencia serie de L2. Además, la eficacia tiende a disminuir en el cultivo de la tensión de entrada. En Fig.8 se puede ver uno de los lotes de configuraciones de esta topología.

Regulador de Soporte/Buck

El más estable y segura solución para conducir LEDs en situaciones ambiguas, es la combinación de un impulso regulador seguida por una Buck, junto conectados como se puede ver en Fig.9. Esto crea el menor número de problemas en el circuito de la optimización y el IME en la generación de ruido. Por otra parte el impulso regulador puede proporcionar el suministro de energía a diferentes etapas de Buck, derivación situado, por LEDs múltiples arrays de conducción. De todos modos, también para esta configuración es la desventaja de una menor eficiencia energética en comparación con una solución única etapa.

El oscurecimiento

Como se mencionó al principio la intensidad de los LED la luz emitida es proporcional a la corriente que pasa a través de él. A partir de esta observación puede pensar que ajustar por la actual

- aumentando o disminuyendo el nivel - que se puede obtener el control del brillo emitido (oscurecimiento). Esto es cierto pero tiene algunos de los principales inconvenientes:

• La variación de la intensidad de las causas también, en monocromo LED, un movimiento de la longitud de onda dominante;

• como se muestra en la Figura 10, el cambio de las actuales causas, en los LEDs blancos, un movimiento de la temperatura de color correlacionada (correlacionadas Temperatura de color);

• optimizar la eficiencia de la conducción en circuito es mucho más difícil.

Por lo anterior las causas, la elección óptima para el oscurecimiento es una constante en la conducción actual modulada en PWM (modulación por ancho de pulso) como se ve en la Fig.11. Si la frecuencia PWM se mantiene igual o superior a 120 Hz, el brillo percibido por el ojo humano (que integra la señal recibida durante el tiempo de flujo) será proporcional al ciclo de D = ton / T. Con este fin, la mayoría de los reguladores comerciales de LED, incluso de las diferentes topologías brevemente analizados, suelen prever la oportunidad de ser impulsado por una señal PWM que modula la actual conducción de una manera coherente.

El ruido eléctrico

Todos los reguladores de conmutación de generar, como resultado de las commutations y la rápida transición de la actual intensidad, ruido eléctrico conocido como IEM (interferencia electromagnética). El común de convertidores DC / DC, que controlan y operan en niveles de voltaje, así que normalmente ofrecen filtrado de entrada y salida de señales de la obtención de este resultado gracias a la utilización de un gran filtro de condensadores, tanto en las entradas y salidas, y con lo que el cambio de frecuencia superior y superior los niveles. El LED de alimentación no funcionan ajustar los voltajes, pero las corrientes y filtro de gran capacidad de crear una desaceleración de la capacidad de respuesta del circuito para el cambio de la tensión, lo que generó el actual sujeto a las variaciones de suministro de energía. Buck reguladores son simples, eficientes energéticamente y desde el punto de vista del coste / o ejecuciones, pero que puede generar graves problemas en el IME emisiones de lado cuando se aplican sobre los LED como fuente de alimentación si no son debidamente tamaño y si el diseño de circuitos no se logra de acuerdo a normas precisas.

Reglas a seguir para obtener el mínimo de emisión de IEM:

• baja frecuencia de conmutación;

• conexiones de corto y bucles de corriente a los LEDs, lo más pronto posible;

• Comentarios muy rápido diodos;

• conmutación de los transistores en el medio del circuito;

• precisa conexiones a la línea de alimentación y filtrado relativa.

Y, tan pronto como sea posible, utilice un regulador Buck. Es la única que no requiere un condensador de salida!

Documentos de Referencia:

1) Seminario: LED Aplicaciones y técnicas de conducción - Chris Richardson, National Semiconductor,

2) Alimentación / LED drivers - nota de aplicación; Melexis,

3) El control de intensidad luminosa de los LEDs - nota de aplicación; Nichia,

4) propiedades eléctricas de GaN LEDs y paralelo Conexiones aplicación nota Nichia

Fig. 5 • Regulador Buck.

Fig. 6 • A Buck canónico regulador adaptado a la experimentación de LEDs.

Fig.7 • Impulso Regulador.

Fig.8 Sepic • Regulador (que terminó el único convertidor de inductancia primaria).

Fig.9 • Impulso / Buck Regulador. • Emisión

Fig.10 cromática características de la NSCW215 diodo para cambiar la corriente directa (Cortesía de Nichia).

Fig. 11 • Para el oscurecimiento LEDs se recomienda una aplicación experimental a la de corriente constante con PWM (modulación por ancho de pulso).

Fabricantes de controlladores de LEDs:

 Avanzadas tecnologías analógicas Inc www.analogictech.com

Allegro Microsystem INC. http://www.allegromicro.com
Austriamicrosystem www.austriamicrosystems.com
Exar Corporation www.exar.com
Intersil Corporation www.intersil.com
Fairchild Semiconductor Corporation www.fairchildsemi.com
Infineon Technologies AG www.infineon.com
IXYS http://www.claremicronix.com/products.html
LEDdynamics www.leddynamics.com
Linear Technology Corporation www.linear.com
Maxim Integrated Products www.maxim-ic.com
Melexis Microelectronic Systems www.melexis.com
National Semiconductor Corporation www.national.com
On Semiconductor www.onsemi.com
Power Integrations Incorporated www.powerint.com
ST Microelectronics www.st.com
Supertex Incorporated www.supertex.com
Texas Instruments Incorporated www.ti.com
Toko Incorporated www.toko.com
Zetex Semiconductors www.zetex.com