Jste zde

Navrhujeme jednoduchou ochranu budiče LED

Chceme – li ochránit budiče LED se zvyšujícími měniči pro případ rozpojení výstupu, máme k dispozici několik možností. Bez náležité ochrany totiž může výstup budiče poškodit vnější MOSFET včetně Schottkyho diody. Na některá možná řešení tohoto problému se proto nyní podíváme blíže a vyjdeme přitom z původní aplikační poznámky Maximu s názvem Protect LED Driver in Backlit Displays.

Chceme – li ochránit budiče LED se zvyšujícími měniči pro případ rozpojení výstupu, máme k dispozici několik možností. Bez náležité ochrany totiž může výstup budiče poškodit vnější MOSFET včetně Schottkyho diody. Na některá možná řešení tohoto problému se proto nyní podíváme blíže.

 
 
Jako zdroj světla v podsvětlených panelech dnes v celé řadě případů využíváme LED. Obvykle zde přitom pracujeme s malým bateriovým napájením, například ze dvou článků NiCd nebo jednoho lithium – iontového zdroje. Budeme – li tedy chtít „zvednout“ napětí baterie na úroveň, použitelnou pro LED, a zároveň celý návrh ještě zjednodušit, použijeme odpovídající integrované obvody, např.
 
 
 
Tento čip rovněž reguluje velikost proudu, protékajícího LED a obsahuje struktury pro řízení jasu, se kterými můžeme realizovat potřebné stmívání. Pole LED by mělo spolu s integrovaným obvodem zůstávat neustále propojeno.
 
Obr. 1: Typické zapojení budiče LED v podsvětlovacích aplikacích
 
Základní parametry integrovaného obvodu MAX1698 / MAX1698A
 
Jestliže pak dojde k odpojení řetězce LED od integrovaného obvodu, ztráta proudu LED, protékajícího zároveň rezistorem RFB, způsobí pokles napětí na pinu č. 6 (FB) pod prahovou velikost interního proudového regulátoru, takže součástka své výstupní napětí začne logicky navyšovat. Struktura MAX1698, podobně jako spousta jiných součástek, naneštěstí nemůže „tušit“ rozpojení LED, takže své výstupní napětí zvýší na úroveň, která již může poškodit připojený MOSFET a také Schottkyho diodu. Pokud Vás to uklidní, takový problém z principu provází jakýkoli zvyšující měnič, nejen budiče LED. Co s tím tedy uděláme?
 
 
 
Struktura MAX1698, podobně jako spousta jiných součástek, naneštěstí nemůže „tušit“ rozpojení LED, takže své výstupní napětí zvýší na úroveň, která již může poškodit připojený MOSFET a také Schottkyho diodu.
 
 
 
Nejjednodušším řešením je Zenerova dioda, připojená paralelně k řetězci LED, tak jak to zachycuje obr. 2. V našem případě se osvědčila 16 V Zenerova dioda – na čtyřech bílých LED totiž naměříme úbytek něco okolo 12 V –, ale musíme zároveň počítat se ztrátovým výkonem, který bude potřeba nějak rozptýlit. Poteče – li LED 100 mA nebo více a někdo je rozpojí, bude se na Zenerově diodě ztrácet ~1,6 W (zde si dovolím nesouhlasit s původním pramenem, který uvádí jen 1/6 W – pozn. překl.). V úvahu proto přichází alternativa, znázorněná na obr. 3.

Obr. 2: Nejjednodušší ochrana pro zapojení z obr. 1 znamená pouhé přidání jediné Zenerovy diody
 

Obr. 3: Dovybavíme – li zapojení na obr. 1 Zenerovou diodou spolu s tranzistorem, získáme nízkopříkonovou ochranu externího MOSFETu a také Schottkyho diody
 
Přidáme sice dva rezistory a jeden tranzistor, ale zase při rozpojení LED nepromrháme další zbytečný výkon. Zároveň přitom uspoříme i nějaké to místo – Zenerova dioda stačí na 0,5 W a rezistory spolu s tranzistorem (BJT, Bipolar Junction Transistor) mohou být běžné nízkopříkonové součástky, vyráběné v malých pouzdrech typu SOT23-3, případně ještě menších. Zapojení snímá výstupní napětí na drainu MOSFETu a deaktivuje budič (v našem případě MAX1698) na základě řízení jeho vstupu shutdown. Zenerovo napětí volíme s ohledem na pracovní charakteristiky MOSFETu.
 
Protože zde dochází k regulaci výstupního napětí na úrovni Zenerova napětí, nelze tak po opětovném zapojení řetězce LED vyrobit „smrtící“ proudovou špičku. Aby bylo možné šetřit energii, máme zde k dispozici ještě jedno vnější řízení režimu shutdown (např. s využitím mikrokontroléru, viz obr. 3) pro vypnutí podsvětlení.

Další možností je zapojení dle obr. 4, „zaměstnávající“ komparátor a tři rezistory k tomu. I v tomto případě využijeme malé a levné součástky, protože máme co do činění se zanedbatelnými výkony. Výstupní napětí budeme snímat na katodě Schottkyho diody, přičemž rozhodnou úroveň definujeme odporovým děličem v součinnosti s výstupem VREF našeho budiče (typ. 1,25 V).
 
 
 
Protože zde dochází k regulaci výstupního napětí na úrovni Zenerova napětí, nelze tak po opětovném zapojení řetězce LED vyrobit „smrtící“ proudovou špičku.
 

 
Obr. 4: Ještě lepší řešení; miniaturní komparátor chrání zapojení dle obr. 1, zatímco se na něm ztrácí minimální množství výkonu a rozhodně nezabírá spoustu místa
 
Ochranné prvky zůstávají v nečinnosti až do okamžiku, kdy přerušíme řetězec LED, přičemž ani zde neohrozíme limity zvoleného MOSFETu. Komparátor by měl mít výstup typu open – drain (MAX9060/MAX9061 nebo MAX9028), aby tak, stejně jako předtím, umožnil vnější řízení režimu shutdown prostřednictvím mikrokontroléru, tzn. že i zde budeme moci v případě potřeby vypnout podsvětlení.
 
Základní vlastnosti vybraných komparátorů

Struktura rovněž spotřebovává méně energie, je to ovšem dáno zvolenými velikostmi odporů v děliči. Klidový odběr přitom činí několik desítek μA. A co více, obvod je menší než v obou předchozích případech, protože komparátor dostaneme v pouzdru typu SOT23-5 (MAX9060/MAX9061), příp. jako UCSP™ o rozměrech 1 mm x 1,52 mm (MAX9028). Ochrannou funkci však nabídne kterékoli ze zmíněných tří zapojení.
 

Použitá literatura:

 

Download a odkazy:

 

 

Hodnocení článku: 

Komentáře

Maxík nezaspal. On jenom chce, abychom si místo jednoho broučka koupili broučky dva. A to se mu vyplatí i za cenu, že se mu bude pár lidí vysmívat, že zaspal...