Однако я использовал более мощные компоненты и другой чип.
Даташит можно скачать . Ток светодиода устанавливается через управляющий резистор, чувствительный к току. Выходной ток I равняется величине 0.1/Rs. Мне потребовалось получить ток около 300 мА для каждого канала, поэтому я выбрал резистор номиналом 0.33 Ом. Для тока величиной 350 мА выберите резистор номиналом 0.27 Ом.
Каждый канал контролируется с помощью сигнала ШИМ, например, от микроконтроллера Arduino (вам понадобится припаять на плату штырьковые разъемы типа «папа/мама»).
Вы можете использовать входное напряжение до 30 В и управлять светодиодами мощностью 3Вт/10Вт/20Вт.
Требуемые компоненты:
- Танталовые конденсаторы C 1, C 2, C 3 : емкость 22мкФ
- D 1, D 2, D 3 ; Диод Шоттки 2A в корпусе SMA
- L 1, L 2, L 3 : Мощные дроссели величиной 68 мкГ, 0.7A
- R 1, R 2, R 3 : Резисторы номиналом 0.33 Ом, корпус 0805.
- 4 x винтовых зажима, 3.5 мм (можно приобрести в Tayda Electronics)
- 3x драйвера PT4115 .
- 1x 4-выводной + 1x 2-выводной штырьковый разъем «папа» или «мама» .
На фото выше показан полностью собранный драйвер.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1-1C3 | LED драйвер | PT4115 | 3 | В блокнот | ||
| D | Диод Шоттки | 2 A | 3 | Любой | В блокнот | |
| C1-C3 | Конденсатор | 22 мкФ | 3 | Любой | В блокнот | |
| R1- | Резистор | 0.33 Ом | 3 | Любой | В блокнот | |
| Д1 | Катушка индуктивности | 68 мкГн | 3 | Любая на ток 0.7 А | В блокнот | |
| J1 | Разъём штырьковый | 2 pin | 1 | В блокнот | ||
| J | Разъём штырьковый | 4 pin | 1 | В блокнот | ||
| JP1-JP3 | Винтовой зажим | 2 pin | 3 |
Самым оптимальным способом подключения к 220В, 12В является использование стабилизатора тока, светодиодного драйвера. На языке предполагаемого противника пишется «led driver». Добавив к этому запросу желаемую мощность, вы легко найдёте на Aliexpress или Ebay подходящий товар.
- 1. Особенности китайских
- 2. Срок службы
- 3. ЛЕД драйвер на 220В
- 4. RGB драйвер на 220В
- 5. Модуль для сборки
- 6. Драйвер для светодиодных светильников
- 7. Блок питания для led ленты
- 8. Led драйвер своими руками
- 9. Низковольтные
- 10. Регулировка яркости
Особенности китайских
Многие любят покупать на самом большом китайском базаре Aliexpress. цены и ассортимент радуют. LED driver чаще всего выбирают из-за низкой стоимости и хороших характеристик.
Но с повышением курса доллара покупать у китайцев стало невыгодно, стоимость сравнялась с Российской, при этом отсутствует гарантия и возможность обмена. Для дешевой электроники характеристики бывают всегда завышены. Например, если указана мощность в 50 ватт, в лучшем случае то это максимальная кратковременная мощность, а не постоянная. Номинальная будет 35W — 40W.
К тому же сильно экономят на начинке, чтобы снизить цену. Кое где не хватает элементов, которые обеспечивают стабильную работу. Применяются самые дешевые комплектующие, с коротким сроком службы и невысокого качества, поэтому процент брака относительно высокий. Как правило, комплектующие работают на пределе своих параметров, без какого либо запаса.
Если производитель не указан, то ему не надо отвечать за качество и отзыв про его товар не напишут. А один и тот же товар выпускают несколько заводов в разной комплектации. Для хороших изделий должен быть указан бренд, значит он не боится отвечать за качество своей продукции.
Одним из лучших является бренд MeanWell, который дорожит качеством своих изделий и не выпускает барахло.
Срок службы
Как у любого электронного устройства у светодиодного драйвера есть срок службы, который зависит от условий эксплуатации. Фирменные современные светодиоды уже работают до 50-100 тысяч часов, поэтому питание выходит из строя раньше.
Классификация:
- ширпотреб до 20.000ч.;
- среднее качество до 50.000ч.;
- до 70.000ч. источник питания на качественных японских комплектующих.
Этот показатель важен при расчёте окупаемости на долгосрочную перспективу. Для бытового пользования хватает ширпотреба. Хотя скупой платит дважды, и в светодиодных прожекторах и светильниках это отлично работает.
ЛЕД драйвер на 220В
Современные светодиодные драйвера конструктивно выполняются на ШИМ контроллере, который очень хорошо может стабилизировать ток.
Основные параметры:
- номинальная мощность;
- рабочий ток;
- количество подключаемых светодиодов;
- степень защиты от влаги и пыли
- коэффициент мощности;
- КПД стабилизатора.
Корпуса для уличного использования выполняются из металла или ударопрочного пластика. При изготовлении корпуса из алюминия он может выступать в качестве системы охлаждения для электронной начинки. Особенно это актуально при заполнении корпуса компаундом.
На маркировке часто указывают, сколько светодиодов можно подключить и какой мощности. Это значение может быть не только фиксированным, но и в виде диапазона. Например, возможно от 4 до 7 штук по 1W. Это зависит от конструкции электрической схемы светодиодного драйвера.
RGB драйвер на 220В
Трёхцветные светодиоды RGB отличаются от одноцветных тем, что содержат в одном корпусе кристаллы разных цветов красный, синий, зелёный. Для управления ими каждый цвет необходимо зажигать отдельно. У диодных лент для этого используется RGB контроллер и блок питания.
Если для RGB светодиода указана мощность 50W, то это общая на всё 3 цвета. Чтобы узнать примерную нагрузку на каждый канал, делим 50W на 3, получим около 17W.
Кроме мощных led driver есть и на 1W, 3W, 5W, 10W.
Пульты дистанционного управления (ДУ) бывают 2 типов. С инфракрасным управлением, как у телевизора. С управлением по радиоканалу, ДУ не надо направлять на приёмник сигнала.
Модуль для сборки
Если вас интересует лед driver для сборки своими руками светодиодного прожектора или светильника, то можно использовать led driver без корпуса.
Прежде чем делать led driver 50W своими руками, стоит немного поискать, например есть в каждой диодной лампе. Если у вас есть неисправная лампочка, у которой неисправность в диодах, то можно использовать driver из неё.
Низковольтные
Подробно разберем виды низковольтных лед драйверов работающих от напряжения до 40 вольт. Наши китайские братья по разуму предлагают множество вариантов. На базе ШИМ контроллеров производятся стабилизаторы напряжения и стабилизаторы тока. Основное отличие, у модуля с возможностью стабилизации тока на плате находится 2-3 синих регулятора, в виде переменных резисторов.
В качестве технических характеристик всего модуля указывают параметры ШИМ микросхемы, на которой он собран. Например устаревший но популярный LM2596 по спецификациям держит до 3 Ампер. Но без радиатора он выдержит только 1 Ампер.
Более современный вариант с улучшенным КПД это ШИМ контроллер XL4015 рассчитанный на 5А. С миниатюрной системой охлаждения может работать до 2,5А.
Если у вас очень мощные сверхяркие светодиоды, то вам нужен led драйвер для светодиодных светильников. Два радиатора охлаждают диод Шотки и микросхему XL4015. В такой конфигурации она способна работать до 5А с напряжением до 35В. Желательно чтобы он не работал в предельных режимах, это значительно повысить его надежность и срок эксплуатации.
Если у вас небольшой светильник или карманный прожектор, то вам подойдет миниатюрный стабилизатор напряжения, с током до 1,5А. Входное напряжение от 5 до 23В, выход до 17В.
Регулировка яркости
Для регулирования яркости светодиода можно использовать компактные светодиодный диммеры, которые появились недавно. Если его мощности будет недостаточно, то можно поставить диммер побольше. Обычно они работают в двух диапазонах на 12В и 24В.
Управлять можно с помощью инфракрасного или радиопульта дистанционного управления (ДУ). Они стоят от 100руб за простую модель и от 200руб модель с пультом ДУ. В основном такие пульты используют для диодных лент на 12В. Но его с лёгкостью можно поставить к низковольтному драйверу.
Диммирование может быть аналоговым в виде крутящейся ручки и цифровым в виде кнопок.
В малогабаритной аппаратуре, вплоть до MP3-плееров и сотовых телефонов, все чаще используются трехцветные RGB-светодиоды, а в различной осветительной аппаратуре и декоративных светильниках применяются так называемые RGB-кластеры. Для оптимального управления яркостью и цветностью в таких устройствах используются специализированные драйверы, многие из которых управляются внешним контроллером. О некоторых из них пойдет речь в настоящей статье. Автор рассматривает ряд микросхем-драйверов фирм ON Semiconductor, STMicroelectronics и National Semiconductor.
RGB-драйвер светодиодов со стабилизацией тока CAT4109 (ON Semiconductor)
Микросхема CAT4109 представляет собой драйвер для управления тремя последовательными (R, G и B) цепочками светодиодов со стабилизацией тока, раздельной установкой и ШИМ регулировкой яркости свечения этих цепочек светодиодов. CAT4109 изготавливается в миниатюрном 11116-выводном корпусе SOIC-16 для поверхностного монтажа. Назначение выводов микросхемы приведено в таблице 1, схема включения показана на рис. 1,а функциональная схема - на рис. 2.
Рис. 1. Схема включения микросхемы CAT4109
Рис. 2. Функциональная схема микросхемы CAT4109
Таблица 1. Назначение выводов микросхемы CAT4109
| № вывода | Обозначение | Назначение |
| "Земля" силовой части |
||
| Входы ШИМ управления для LED3, LED2 и LED1 |
||
| Выводы установки тока LED3, LED2 и LED1 |
||
| Не используются |
||
| Вход разрешения. Активный уровень - высокий |
||
| Вход напряжения питания 3...5,5 В |
Особенностью схемы включения микросхемы CAT4109 является отсутствие дросселя и минимум деталей обвязки. Напряжение питания CAT4109 лежит в пределах 3...5,5 В, а напряжение питания светодиодных цепочек - 5...25 В.
Каждый из трех каналов управления светодиодами состоит из регулируемого источника тока и схемы установки максимального тока (см. рис. 2). Общим для всех каналов является источник опорного напряжения (ИОН) 1,2 В.
Напряжением источника питания VIN определяется максимальное количество светодиодов в каждой из цепочек. Максимальный ток каждой из последовательных цепочек светодиодов может достигать 175 мА. Ток светодиодов создает на открытых выходных ключах микросхемы малое падение напряжения (0,4 В). Максимальные значения токов цепочек светодиодов задаются внешними резисторами R1, R2 и R3 (выводы RSET1-RSET3 микросхемы). В таблице 2 приведена зависимость этих значений от сопротивлений соответствующих установочных резисторов R1-R3.
Таблица 2. Зависимость токов цепочек светодиодов от сопротивления соответствующего установочного резистора
| Ток светодиодов (мА) | Резистор RSET (кОм) |
Внешнее управление микросхемой CAT4109 осуществляется контроллером через входы OE (выв. 15), PWM1 (выв. 5), PWM2 (4) и PWM3 (выв. 3). Разрешение на включение светодиодов осуществляется высоким уровнем напряжения (≥1,2 В) на входе OE (15). Временные диаграммы работы микросхемы CAT4109 показаны на рис. 3.
Рис. 3. Временные диаграммы работы микросхемы CAT4109
Время перехода микросхемы из режима отключения (Shutdown) во включенное состояние (T PS) составляет 1,4 мкс. Выключение светодиодов по входу разрешения OE осуществляется низким уровнем (≤0,4 В) на этом входе с задержкой T P2 =0,6 мкс, а повторное включение - высоким уровнем с задержкой T P1 =0,3 мкс. Для перевода ИМС в режим Shutdown необходимо поддержать на выв. 15 (OE) низкий потенциал в течение 4...8 мкс (T PWRDWN). В этом режиме потребляемый ток не превышает 1 мкА.
Входы PWM1 (выв. 5), PWM2 (выв. 4) и PWM3 (выв. 3) используются для раздельной регулировки яркости свечения цепочек светодиодов методом ШИМ при высоком уровне напряжения на входе OE (выв. 15). Для групповой регулировки яркости свечения всех светодиодов можно подать от контроллера ШИМ сигнал на вход OE. Для того чтобы не нарушался цветовой баланс, частота этого ШИМ сигнала должна быть на порядок ниже частоты ШИМ сигнала на входах PWM1-PWM3.
Микросхема CAT4109 имеет температурную защиту с порогом срабатывания 150°С и гистерезисом 20°С, а также защиту от понижения напряжения питания с порогом срабатывания 1,8 В.
RGB-драйвер светодиодов со стабилизацией тока CAT4103 (ON Semiconductor)
Микросхема CAT4103 также предназначена для управления тремя последовательными RGB-цепочками светодиодов со стабилизацией тока, с раздельной установкой и ШИМ регулировкой яркости их свечения. Она выпускается в корпусе SOIC-16. Основной особенностью этой микросхемы является возможность раздельного управления каждой отдельной цепочкой светодиодом с помощью последовательного интерфейса. Еще одна особенность CAT4103 - это возможность каскадного включения нескольких микросхем,что увеличивает количество управляемых светодиодов от одного контроллера по 4-про-водному интерфейсу. Назначение выводов этой микросхемы приведено в таблице 3, функциональная схема изображена на рис. 4, а схема включения - на рис. 5.
Каналы управления светодиодами микросхемы CAT4103 аналогичны соответствующим каналам CAT4109, но у микросхемы CAT4103 есть одна важная особенность, суть которой в том, что сигналы ШИМ для управления яркостью светодиодов формируются в самой микросхеме из сигналов от контроллера. Для этого в микросхему введено трехразрядное ОЗУ (см. рис. 4), которое состоит из трех триггеров-защелок (3-разрядного регистра-"защелки") и 3-разрядного сдвигового регистра. Собственно сдвиговый регистр обеспечивает преобразование последовательного кода входного сигнала данных в параллельный, который запоминается в регистре-"защелке".
Рис. 4. Функциональная схема микросхемы CAT4103
Рис. 5. Схема включения микросхемы CAT4103
Таблица 3. Назначение выводов микросхемы CAT4103
| № вывода | Обозначение | Назначение |
| Вход сигнала гашения. Активный уровень - высокий |
||
| Вход сигнала "защелкивания" (запоминания) данных |
||
| Вход данных |
||
| Вход тактовых импульсов(частота до 25 МГц) |
||
| Выводы подключения резисторов установки тока LED3, LED2 и LED1 |
||
| Выводы подключения катодов LED3, LED2 и LED1 |
||
| Выход тактовых импульсов (частота до 25 МГц) |
||
| Выход данных |
||
| Выход сигнала "защелкивания" (запоминания) данных |
||
| Выход сигнала гашения |
||
| Вход напряжения питания |
Для того чтобы управлять следующей микросхемой при каскадном включении, используются четыре буферных усилителя и триггер задержки (D-триггер).
Приведем описание выводов МС CAT4103, через которые к ней подключается управляющий контроллер и следующая микросхема при каскадном включении.
Вывод 4 (SIN) - вход последовательных данных.
Вывод 5 (CIN) - вход тактовых импульсов частотой до 25 МГц. Этот динамический вход срабатывает по фронту тактового импульса (переходу с лог. "0" на лог. "1"). При этом логический уровень с входа SIN записывается в сдвиговый регистр.
Вывод 3 (LIN) - вход команды запоминания данных. При переходе сигнала с лог. "0" на лог. "1" на этом входе происходит запись состояний триггеров сдвигового регистра в регистр-"защелку", где они сохраняются до прихода положительного фронта следующего импульса на вход LIN.
Выводы 13 (SOUT), 12 (COUT) и 14 (LOUT) - выходы соответствующих интерфейсных сигналов на следующую микросхему CAT4103 при каскадном включении. При этом сигнал на выходе SOUT изменяется (тактируется) срезом тактового импульса (переходом сигнала с лог. "1" на лог. "0").
Вывод 2 (BIN) - вход используется для гашения всех светодиодов, но не влияет на содержание регистра-"защелки". Гашение светодиодов осуществляется высоким уровнем (лог. "1") на входе BIN.
Вывод 15 (BOUT) - выход сигнала гашения на следующую микросхему CAT4103 при каскадном включении.
Зависимости токов цепочек светодиодов от сопротивлений резисторов установки микросхемы CAT4103 аналогичны соответствующим зависимостям, рассмо-треным выше для ИМС CAT4109. Кроме того, микросхема CAT4103 имеет те же защиты, что и CAT4109.
24-канальный RGB-драйвер STP24DP05 (STMicroelectronics)
STP24DP05 - это одна из ИМС семейства драйверов Power Logic (STP), разработана специально для управления цветными информационными дисплеями на дискретных RGB-светодиодах.
Основой МС STP24DP05, как и всех драйверов этого семейства, являются сдвиговый регистр и регистр-"защелка", так же, как у рассмотренной выше микросхемы CAT4109. Микросхема STP24DP05 имеет три сдвиговых регистра и три регистра-"защелки", по одному на светодиоды каждого цвета (R,G и B).
Всего в STP24DP05 содержится 24 канала управления светодиодами, которые разделены на три интерфейсных порта (R, G, B) по 8 каналов в каждом. То есть, микросхема STP24DP05 - это три обычных 8-канальных монохромных драйвера, встроенных в малогабаритный корпус TQFP48 размером 7x7 мм и дополненных схемами диагностики обрыва нагрузок и замыкания выходов с корпусом и питанием. Сигнализация об обнаружении аварий поступает в управляющий контроллер в виде специальных кодов ошибок через последовательный интерфейс.
Одна микросхема STP24DP05 управляет восемью светодиодными RGB-триадами или группами триад цветного светодиодного экрана. Напряжение питания микросхемы в пределах 3...5,5 В, а напряжение питания светодиодных цепочек может выбираться до 20 В, в зависимости от количества светодиодов в цепочках. Выходной ток (ток каждой из цепочек светодиодов) 5...80 мА.
Функциональная схема микросхемы STP24DP05 изображена на рис. 6, каскадная схема включения N микросхем этого типа - на рис. 7, а назначение выводов приведено в таблице 4.
Рис. 6. Функциональная схема микросхемы STP24DP05
Рис. 7. Каскадная схема включения микросхем STP24DP05
Таблица 4. Назначение выводов микросхемы STP24DP05
| № вывода | Обозначение | Назначение |
| 1, 7, 12, 25, 30, 36 | ||
| Последовательный вход данных |
||
| Последовательный выход данных |
||
| Вход тактовых импульсов |
||
| Вход захвата и удержания данных |
||
| Вход включения режима определения ошибки |
||
| 13, 16, 19, 22, 39, 42, 45, 48 | Выходы 8-канального драйвера красных светодиодов |
|
| Флаг превышения температуры (выход с открытым стоком) |
||
| Флаг ошибки (выход с открытым стоком) |
||
| Вход постепенной задержки (Gradual delay) |
||
| 15, 17, 20, 23, 37, 40, 43, 46 | Выходы 8-канального драйвера синих светодиодов |
|
| Входы разрешения для выходов B1-B8, G1-G8, R1-R8 (активный уровень - низкий) |
||
| Входы установки токов для выходов R1-R8, G1-G8, B1-B8 |
||
| 14, 18, 21, 24, 38, 41, 44, 47 | Выходы 8-канального драйвера зеленых светодиодов (G) |
|
| Входы, определяющие последовательность сигналов R,G и B в коде входного сигнала (см. таблицу 8) |
||
| Напряжение питания |
Как было отмечено выше, основой микросхемы STP24DP05 для управления 8-канальными интерфейсами RGB является сдвиговый регистр данных RGB-структуры 8x3 (8 разрядов по 3 бит), который преобразует последовательный код входного сигнала на входе SDI в три 8-разрядных параллельных кода. Эти коды запоминаются в 24-разрядном (8x3) регистре-"защелке" данных RGB. Каждый из выходных каскадов микросхемы (всего их 24 - по восемь для каждого цвета) представляет собой стабилизатор (источник) тока. Кроме того, для каждого цвета имеется схема разрешения и детектор обрывов и коротких замыканий выходных линий. Общими для всех каналов являются управляющая логика, схемы температурной защиты и защиты от пониженного напряжения питания. На выводах 2, 3, 4, 32, 33 и 34 установлены буферные каскады.
Рассмотрим некоторые особенности работы микросхемы STP24DP05. Тактовая частота работы этой микросхемы может достигать 25 МГц. Ток светодиодов программируется раздельно для каждого цвета с помощью трех внешних резисторов, которые подключаются к выв. 26, 27 и 28.
Зависимость токов светодиодов, а также порога срабатывания детектора обрыва выходных линий (линий светодиодов) от сопротивления соответствующего установочного резистора приведена в таблице 5.
Таблица 5. Зависимость токов светодиодов и порога срабатывания детектора обрыва выходных линий от сопротивления соответствующего установочного резистора
| Заданный ток светодиодов, мА | REXT, Ом | Порог срабатывания детектора обрыва, мА |
Когда на входе LEDM (выв. 3) высокий уровень, регистр-"защелка" захватывает данные, которые проходят через регистр сдвига. Когда на этом входе низкий потенциал, то регистр-"защелка" удерживает (хранит) их.
Низкий уровень на входах OE-RDM (выв. 34), OE-G (выв. 33) и OE-B (выв. 32) разрешает прохождение данных с регистра-"защелки" на выходные каскады микросхемы, а высокий запирает выходные каскады.
Как известно, наибольшее потребление тока от источника питания в любой переключающей схеме происходит при переходных процессах в момент переключения. Для облегчения токового и теплового режимов микросхемы при одновременном включении всех светодиодов, а также для уменьшения уровня пульсаций предусмотрена поканальная задержка (Gradual delay) включения светодиодов, которая не заметна на глаз. Она осуществляется подачей на вход DG (выв. 9) уровня лог. "0". Время задержки включения выходных каскадов приведено в таблице 6.
Таблица 6. Задержка включения светодиодов по перепадам лог. 0 - лог. 1 на входах разрешения в зависимости от логического уровня на входе постепенной задержки (Gradual delay)
| Логический уровень на входе GD | Задержка срабатывания (нс) по перепадам лог. "0" - лог. "1" на входах OExx |
|||||||
| R1, G1, B1 | R2, G2, B2 | R3, G3, B3 | R4, G4, B4 | R5, G5, B5 | R6, G6, B6 | R7, G7, B7 | R8, G8, B8 |
|
Сигнал данных микросхемы STP24DP05 (входной и выходной на выв. 2 и 35) содержит поток RGB-сигналов, чередующийся с тактовой частотой, последовательность которых задается логическими уровнями на входах DF0 и DF1 (см. таблицу 7).
Таблица 7. Установка последовательности сигналов R,G и B в коде входного и выходного сигналов
Переключение из рабочего режима в режим определения ошибки осуществляется подачей низкого потенциала на вход DM (выв. 5) или более 1 мкс на вход OE-RDM (выв. 34). После чего в течение 24-х тактов на выходную шину данных поступает код ошибки.
Интерфейс микросхемы STP24DP05 имеет два флага: TF (выв. 29) - флаг превышения температуры и EF (выв. 8) - флаг ошибки. Оба этих выхода выполнены по схеме с открытым стоком, поэтому между каждым из этих выводов и источником питания подключается подтягивающий резистор 10 кОм. При наступлении аварийной ситуации внутренний ключ микросхемы замыкает соответствующий вывод (29 или 8) на "землю". Полученный таким образом уровень лог. "0" сигнализирует внешнему контроллеру об аварии. Если вместо подтягивающих резисторов к выходам подключить светодиоды (через ограничивающие резисторы), то реализуется визуальная индикация аварийной ситуации.
Счетверенный драйвер RGB-светодиодов с управлением по шине I2C LP55281 (National Semiconductor)
Микросхема LP55281 - это специализированный драйвер RGB-подсветки малогабаритных жидко-кристаллических дисплеев. Она обеспечивает раздельную регулировку яркости свечения и цветового оттенка для каждого из четырех RGB-светодиодов от внешнего контроллера по стандартному последовательному интерфейсу I 2 C или SPI. Основное применение микросхемы LP55281 - это сотовые телефоны, коммуникаторы и МР3-плееры.
LP55281 содержит четыре ШИМ канала для управления яркостью и цветом свечения RGB-светодиодов, аудиоканал синхронизации для фонового светодиода, а также встроенный повышающий преобразователь напряжения, интерфейсы I 2 C и SPI. Кроме того, LP55281 обеспечивает через последовательный интерфейс тестирование обрыва светодиодов. Основные параметры микросхемы приведены в таблице 8.
Таблица 8. Основные параметры микросхемы LP55281
| Параметр | Значение |
| Напряжение питания | |
| Количество линий управления | |
| Включение светодиодов | Параллельное |
| Отклонение значения выходного тока соседних каналов | |
| Максимальное выходное напряжение | |
| Тип повышающего преобразователя | Индуктивный |
| Выходное напряжение преобразователя | Регулируемое |
| КПД преобразователя | |
| Ток потребления | |
| Рабочая частота преобразователя | |
| Способ регулирования | |
| Максимальный ток светодиодов (общий) | |
| Диапазон рабочих температур |
Микросхема изготавливается в миниатюрных корпусах MicroSMD размером 3x3x0,6 мм и Micro SMDxt (3x3x0,65 мм) с 36-ю шаровыми выводами с шагом 0,5 мм. Расположение выводов микросхемы LP55281 показано на рис. 8, а назначение выводов сведено в таблицу 9.
Рис. 8. Расположение выводов микросхемы LP55281
Таблица 9. Назначение выводов микросхемы LP55281
| № вывода | Обозначение | Назначение |
| Выход ключа DC/DC-преобразователя на дроссель |
||
| Вход обратной связи DC/DC-преобразователя |
||
| Выход на синий светодиод 3 |
||
| Выход на светодиод R1 |
||
| Выход на светодиод G1 |
||
| Выход на светодиод B1 |
||
| Выход на светодиод R3 |
||
| Выход на светодиод G3 |
||
| Выбор ведомой МС (SPI) или линия (вход/выход) данных шины I 2 C |
||
| Вход от резистора установки тока смещения RGB-драйверов |
||
| Вход аудиосинхронизации 2 |
||
| Последовательный вход шины SPI или вход выбора адреса по шине I 2 C |
||
| Выход последовательного кода данных шины SPI |
||
| Выход на красный (R) светодиод R2 |
||
| Вход асинхронного сброса (активный уровень - низкий) |
||
| Выход на красный (R) светодиод R4 |
||
| Напряжение питания |
||
| Напряжение питания для входных и выходных каскадов |
||
| Вход тактовых импульсов для интерфейсов SPI и I2C |
||
| Выход на светодиод G2 |
||
| Выход на светодиод аудиосинхронизации |
||
| Выход на светодиод G4 |
||
| Вход сигнала аудиосинхронизации 1 |
||
| Резистор, задающий частоту генератора |
||
| Вход выбора интерфейса (лог. "1" - SPI, лог. "0" - I 2 C) |
||
| Выход на светодиод B2 |
||
| Выход на светодиод B4 |
||
| "Земля" аналоговой части |
||
| Выход опорного напряжения |
||
| Выход внутреннего источника питания аналоговой части 2,8 В |
||
| Вход напряжения питания |
Функциональную схема и схема включения микросхемы LP55281 приведена на рис. 9.
Рис. 9. Функциональная схема и схема включения микросхемы LP55281
Микросхема содержит повышающий (boost) преобразователь со встроенным выходным ключом на MOSFET-транзисторе, который может работать на частоте преобразования до 2 МГц. Внешний дроссель LBOOST для этой частоты преобразования должен иметь индуктивность 4,7 мкГн, а для частоты преобразования 1 МГц - вдвое больше (приблизительно 10 мкГн). В качестве импульсного выпрямителя должен использоваться внешний диод D1 с малым прямым падением напряжения (подходят диоды Шоттки с пиковым током не менее 1 А). Выходное напряжение преобразователя устанавливается по умолчанию 5 В, но его можно программно изменять по шине управления от 4 до 5,3 В с шагом 0,15 В.
Микросхема, а, следовательно и светодиоды, управляются внешним контроллером. Совсем не обязательно, чтобы это управление осуществлялось по всем семи проводникам, как это показано на рис. 9. Так, например, вход выбора интерфейса IF_SEL (выв. 2B) может быть подключен напрямую на "землю" или на плюс источника питания. В первом случае включается интерфейс шины I 2 C, а во втором - SPI. В любом варианте микросхема LP55281 используется как ведомое устройство. Как известно, интерфейс шины I 2 C двухпроводной (тактовая линия SCL и линия данных SDA), а интерфейс шины SPI четырехпроводной (SS - вход выбора ведомой микросхемы, SCK - вход тактовых импульсов, SI - вход данных и SO - выход данных).
При использовании в устройстве шины I 2 C останется не подключенным выход SO (выв. 4B).
При этом вход SI/A0 (выв. 4С) можно подключать к "земле", выбрав этим адрес микросхемы 4Ch, а можно к плюсу источника питания, что обеспечивает выбор адреса 4Dh.
Выходные каскады, которые представляют собой регулируемые ШИМ стабилизаторы (источники или генераторы)тока, к выходам которых, кроме светодиодов, подключен мультиплексор. Он, в моменты запирания выходных каскадов, обеспечивает поочередную, периодическую коммутацию на вход АЦП уровней сигналов с выходов микросхемы.
При нормальной работе эти уровни высокие, а в случае обрыва одного из светодиодов или пробое выходного каскада напряжение на выходе мультиплексора понизится, что скажет о неисправности. Напряжение с выхода мультиплексора оцифровывается в АЦП и через управляющую шину (I 2 C или SPI) поступает на внешний контроллер.
В микросхему LP55281 встроен канал, который называют каналом аудиосинхронизации. Он используется в сотовых телефонах, МР3-плеерах и т.п. как канал "цветомузыки", обеспечивая мигание светодиодов в такт с рингтоном или проигрываемой мелодией. Этот канал имеет два входа (выв. 2D и 4D), на которые подают сигналы или стереосигнал, размахом до 1,6 В. Они микшируются, а затем суммарный сигнал оцифровывается, проходит схему АРУ и цифровой пиковый детектор. После этого происходит обратное преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Полученный аналоговый сигнал управляет выходным каскадом (источником тока), а значит, и яркостью свечения фонового светодиода.
Литература и интернет-источники
1. www.MonolithicPower.com - сайт фирмы Monolithic Power Systems.
2. STMicroelectronics. STP24DP05. 24-bit constant current LED sink driver with output error detection. First release . 2008.
3. www.st.com - сайт фирмы STMicroelectronics.
4. National Semiconductor. LP55281. Quad RGB Driver. General Description. June 2007.
5. www.national.com - сайт фирмы National Semiconductor Corporation.
RGB светодиодные ленты удобно применять для декоративной подсветки витрин, салона машины, вывесок… С ними легко работать, в отличие от простых светодиодов, т.к. токовые ограничители уже стоят, достаточно просто подать нужное напряжение. Возможность, нарезать на сегменты, даёт гибкие возможности при монтаже.
А что, если хочется большего? что если нужно управлять каждым диодом в отдельности? Можно поставить МК, но не каждый микроконтроллер в одиночку потянет множество трехцветных диодов, можно попробовать поставить к каждому. Для таких целей есть специальные светодиодные драйверы, некоторые из которых снабжены возможностью управляться с одной общей, или последовательно проходящей через драйверы, шиной. Где-то пошли дальше, и такой драйвер встроили прямо в RGB светодиод, которому нужен минимум внешней обвязки. Далее последовательно соединённые такие диоды разместили на светодиодной ленте – и в итоге мы получили адресуемую светодиодную ленту.
Как не трудно догадаться, в статье речь пойдёт о светодиодном RGB драйвере – WS2811, которые соединяются последовательно и управляются по однопроводной линии данных. И адресуемой светодиодной ленте на совмещенных RGB диодов с такими драйверами.
Как видно на фотографии – такая светодиодная лента состоит из множества последовательно соединённых RGB светодиодов со встроенными драйверами WS2811 (маленькая чёрная точка по середине). Из обвязки такая микросхема, при питании от 5В, требует всего один конденсатор в 0.1мкФ по входу питания, ещё рекомендуется 33Омный резистор на линии данных, который, видимо, производитель упустил.
Все диоды сидят последовательно на одной линии. Что бы изменить их отображаемый цвет и его интенсивность нужно первому диоду отправить посылку содержащего обращение к каждому из диодов на ленте. Первый драйвер получает всю посылку и передает её дальше за вычетом последнего пакета, который он списывает на свой счёт. Аналогично происходит со всеми оставшимися сборками светодиод-драйвер. Посылка завершается специальной командой RES, которая выделяется длительным низким уровнем сигнала, получив её – все диоды применят свои новые состояния.
Каждый пакет состоит из 24 бит – по 8 бит на каждый канал, в итоге имеем по 255 градаций каждого цвета или 16 миллионов цветов. Каждый бит содержит положительный и отрицательный полупериод, кодирование ноля или единицы осуществляется длительностью полупериодов.
Для работы с адресуемой светодиодной лентой был собран контроллер на базе микроконтроллера PIC16F688 и на специально ранее заготовленной универсальной заготовке платы (), поэтому печатку приводить не буду.
Такая светодиодная лента очень прожорлива, её метр с 60 светодиодами на максимуме кушает более 2-х ампер, так что понадобиться хороший и мощный источник питания. Можно ей дать и меньший ток, но тогда она будет гореть с преобладанием красных оттенков.
Прошивка писалась на скорую руку. Был реализован следующий алгоритм работы: сначала в микроконтроллер с компьютера скидывается вся посылка и только после этого она её отображает. Из-за малого количества RAM памяти слабого микроконтроллера получилось реализовать буфер только на 60 адресуемых светодиодов с драйверами WS2811. Из-за средней скорости UART в 38400 скорость обновления всей ленты составляет примерно 50 мс, т.е. максимальная допустимая частота обновления вышла в 20 кадров/секунду. Чего для демонстрации возможности ленты мне хватило. Генерацией всех эффектов занимается специальная программа на ПК, которая то же писалась на скорую руку.
Формат отправляемых команд контроллеру:
Отправка производиться по UART на скорости 38400 8N1.
- Первый байт – пробел (32 ASCII int код)
- Второй байт – длина передаваемой посылки (количество светодиодов), от 0 до 60 (передаётся байтом)
- Далее по 3 байта, в порядке GRB (зеленый, красный, синий), передаются величины ШИМ для каждого светодиода начиная с противоположного конца ленты.
Контроллер отвечает на начала обмена по UART ASCII символом ! , по успешному завершению отправки пакета ASCII символом b .
На основе подобных светодиодных лент можно реализовать небольшие видео экраны и различные инсталляции.
Дополнение от 1.09.2015
Для удобства проверки конструкции добавляю в статью прошивку с автономным плавным последовательным псевдо-случайным переливанием (до 60 светодиодов). Если одного данного эффекта достаточно, то можно упростить схему убрав из неё cp2102.
