Відповідальні застосування освітлювальних приладів вимагають забезпечення їх безвідмовної роботи протягом тривалого часу (фари, маяки, мости, літаки, злітно-посадочні смуги і т.д.). В останні роки для цих цілей використовуються освітлювальні прилади з послідовним включенням світлодіодів. Однак вихід з ладу будь-якого з них призводить до відмови всього з'єднання. Компанія ON Semiconductor пропонує недороге рішення, що дозволяє зберегти працездатність всієї послідовної ланцюга світлодіодів, за винятком вийшов з ладу. Це досягається включенням активних шунтів NUD4700 паралельно кожному светодиоду, що наочно показано на рис. 1 (згаслі світлодіоди зображені сірим кольором).
Мал. 1. Прожектори відмовили світлодіодами
При перегорання світлодіода активний шунт переходить в провідний стан і забезпечує протікання струму в обхід відмовив. NUD4700 розраховані на паралельну роботу зі світлодіодами при максимальному струмі 350 мА і випускаються в корпусі POWERMITE з двома висновками для поверхневого монтажу, фотографія якого наведена на малюнку 2.
Мал. 2. Ілюстрація принципу роботи активного шунта NUD4700
Електронний шунт складається з тиристора і схеми управління, що включає в себе стабілітрон і дільник напруги на резисторах. Конденсатор в ланцюзі керуючого електрода тиристора необхідний для забезпечення затримки включення і усунення помилкових спрацьовувань. Поріг спрацьовування визначається в першу чергу напругою стабілітрона. При заміні згорілого світлодіоди на працездатний активний шунт NUD4700 переходить в закритий стан, тобто відбувається його автоматичне відновлення.
Більш докладно переваги схем включення освітлювальних світлодіодів розглянуті на рис. 3.
Мал. 3. Варіанти схем включення освітлювальних світлодіодів
Схема на рис. 3а є найпростіше рішення про включення послідовного ланцюга світлодіодів. Харчування забезпечується одним джерелом стабілізованого струму. Простота включення і низька ціна першого варіанту - переваги цієї схеми, але головний недолік - порушення роботи всіх світлодіодів при відмові будь-якого з них.
Підвищити надійність першої схеми можна за допомогою компромісного рішення, показаного на рис. 3б. Вихід з ладу одного з світлодіодів схеми спричинить відмову тільки однієї послідовної ланцюга. Хоча надійність другого варіанту включення вище, ніж у першого, недоліки очевидні. До них відносяться висока ціна і ускладнення монтажу через необхідність використання декількох джерел струму.
Оптимальне рішення цього питання пропонується за допомогою активних шунтів NUD4700, які підключаються паралельно кожному светодиоду. Схема, зображена на рис. 3в забезпечує роботу всієї послідовної ланцюга при відмові будь-якого світлодіода. У цьому випадку струм починає протікати в обхід відмовив світлодіода через електронний шунт NUD4700. Тут достатньо всього одного джерела струму, що знижує вартість і спрощує монтаж. Зрозуміло, що третій варіант буде мати найвищу надійність в порівнянні з попередніми двома при незначному збільшенні вартості.
Перелічимо основні параметри і переваги активного шунта NUD4700:
- Мініатюрний двохвивідною корпус POWERMITE®;
- Автоматичне відновлення при заміні який відмовив світлодіода;
- Падіння напруги на шунт у відкритому стані 1В;
- Струм витоку в закритому стані близько 250мкА;
- Номінальний струм у відкритому стані 350мА;
- Низька вартість у порівнянні з ціною освітлювального світлодіода.
Неможливо передбачити тип відмови для кожного світлодіода через електричних перевантажень. Крім розглянутого в даній статті варіанти захисту світлодіодів за допомогою активного шунта існують додаткові способи захисту від перенапруг або перевантаження по струму (обмежувачі струму або запобіжники). Обмежувачі напруги включаються паралельно захищається приладу. Як обмежувачі напруги використовуються варистори і / або захисні TVS-діоди, які поглинають енергію імпульсу перешкоди при перевищенні певного рівня напруги. У деяких випадках доцільно включати обмежувачі напруги паралельно декільком послідовно включеним светодиодам. Це залежить від конкретних типів світлодіодів і захисних діодів і / або варисторів. Прилади для обмеження струму включаються послідовно з захищається пристроєм. Обмежувачі струму бувають одноразові і самовідтворюваними (multifuse або PTC). Принцип роботи самовідновлюються запобіжників заснований на використанні позитивного температурного коефіцієнта (PTC) резистора. При збільшенні струму вище певної межі зростає температура багаторазового запобіжника. Завдяки позитивному температурному коефіцієнту резистора його опір різко збільшується, що і викликає обмеження струму. Звичайно, якщо є можливість поставити самовідновлюваний запобіжник, потрібно використовувати саме її, хоча і тут не варто забувати про деякі особливості. Справа в тому, що струм перемикання РТС-резистора може виявитися в два і навіть більше разів вище в порівнянні з необхідним струмом відсічення. Крім того, потрібно враховувати інерційність спрацьовування таких пристроїв захисту, тому до вибору самовідновлюються запобіжників потрібно ставитися дуже уважно.
Для забезпечення найвищої надійності світлодіодних приладів оптимальним є поєднання декількох типів захистів. Вибір варіанту такої комплексної захисту залежить від типу застосовуваних світлодіодів, максимальними розмірами світильника і допустимої ціною.
У деяких випадках не можна забувати і про захист від статичної електрики. Прилади для придушення електростатичних розрядів повинні підключатися паралельно кожному светодиоду. Захисні прилади повинні мати рівень спрацьовування більше падіння напруги на одному светодиоде. У більшості випадків це напруга становить понад 4 В. Схема повинна залишатися працездатною при сильному електростатичному розряді без пошкодження світлодіода.
Однак саме активний захист від перевантаження по струму є кращим вибором у порівнянні з використанням одних тільки пасивних пристроїв. На жаль, NUD4700 розрахований на роботу зі світлодіодами, що мають номінальний струм до 350 мА. Якщо планується використовувати світлодіоди з струмом понад 350 мА, то активні шунти NUD4700 необхідно кріпити на тепловідвідними поверхню, не допускаючи перевищення максимально допустимої потужності розсіювання на активному шунт.
Правильно спроектований прилад - це ключ до створення конкурентоспроможних виробів на швидко зростаючому ринку освітлювальних приладів на основі світлодіодів. Більшість розробників, які проектують такі пристрої, добре розбираються в електричних, теплових і оптичних режимах роботи своїх приладів, але не завжди приділяють достатньо уваги схемами захисту самих світлодіодів. Захист світлодіодів особливо важлива, якщо світлодіодний світильник не має свого джерела живлення. В цьому випадку при заміні без відключення напруги живлення світлодіоди можуть легко вийти з ладу через перехідних процесів при підключенні (перевантаження пусковим струмом, що виникає в зовнішньому джерелі живлення). Споживачі, які звикли до заміни звичайних ламп розжарювання без відключення напруги живлення, за звичкою замінюють і світлодіодні лампи без зняття напруги.
Більш детальну інформацію про розглянутих мікросхемах активних шунтів NUD4700 можна знайти на сайті виробника http://www.onsemi.com/ .
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]
Про компанію
...Читати далі
