A zseblámpáktól kezdve a színpadi megvilágítási alkalmazásokig a nagy fényerejű LED-ek használhatósága immár teljes körű és a hagyományos fényforrásokéval összevethető, fényerősséget, élettartamot, hatásfokot és méreteket tekintve is.Továbbá, olyan speciális megoldások is megoldhatók, mint tompítás, programvezérlés vagy villogtatás. A jó hatásfokú LED-es világítási alkalmazás szempontjából a pontos áramvezérlés döntő fontosságú, szerencsére ma már LED-meghajtó IC-k széles választéka segíti ebben a tervezőmérnököket…

LED-ek világítási célokra
A világítási célokra tervezett teljesítmény LED-ek – a maximális névleges áramerősségükkel táplálva – ma már több mint kielégítő mértékű fényáram produkálására képesek. Ezen eszközöket megfelelően méretezett mátrixba szervezve gyakorlatilag bármilyen világítástechnikai megoldás kifejleszthető, kezdve a zseblámpáktól egészen a kültéri világítótesteken át a megvilágított reklámtáblákig. A piacon ma elérhető meghajtó IC-k folyamatosan akár jóval nagyobb, mint 1 A áramerősség leadására is képesek, igazodva a legújabb nagy fényerejű fehér LED-ek követelményeihez, képességeihez. Mivel a meghajtó áram alapvetően meghatározza a LED-ek fénykimenetét, a LED-mátrix minden elemének ugyanakkora és állandó meghajtóáramra van szüksége ahhoz, hogy egyenletesen magas fényerejű megvilágítással rendelkezzen az alkalmazás.

Az egyenletes áramerősséget általában a LED-ek sorba kötésével biztosítják, amelynél azonban figyelembe kell venni a LED-ek feszültségesését is. Minden egyes LED a láncban kiveszi a maga részét a feszültségesésből, amelynek értéke átlagosan 3,4 V, azonban 2,5 és 4 V között változhat. A LED-láncra kapcsolt feszültségnek nagyobbnak kell lennie a láncban lévő LED-ek nyitóirányú feszültségének összegzett értékénél. A LED-gyártók olyan cellás rendszert használnak, amelynél a nyitóirányú feszültségekkel jobban lehet kalkulálni. A nyitóirányú feszültségi cella specifikálásával a termékrendelésnél a tervezőmérnökök a tápfeszültséget a lehető leghatékonyabbak tudják kihasználni, jóllehet ez a lehetőség növeli a költségeket, továbbá nem szükségszerűen garantált az adott celláról való üzemelés lehetősége.

Telepes üzemű alkalmazások
A sorosan kapcsolt LED-ek meghajtásához szükséges lehet feszültségnövelő konverter alkalmazása olyan alkalmazásokban, mint zseblámpák vagy hordozható, LED-es képernyő háttérvilágítású elektronikus eszközök. Ugyanakkor az olyan alkalmazásoknál, ahol nagyságrendekkel több LED-re lehet szükség (pl. hirdetőtáblák), a meghajtónak kb. 40 V feszültség leadására is képesnek kell lennie. Alternatív lehetőséget jelent az egy vagy több darab, többcsatornás meghajtó IC használata. Ilyen konfigurációkban a csatornák közötti áramillesztés nagyon lényeges az egyenletes fényerősség biztosítása végett. A legújabb többkimenetű meghajtók például képesek erre, jóval a legújabb LED-ek toleranciáján belül.

Sok tervező aggodalmait fejezte ki amiatt, hogy a kisméretű és nagy hatásfokú LED-es világítás mennyire életképes az alacsony üzemi feszültségű, telepes táplálású mobil eszközökben. Egy kétcellás telep feszültsége például 1,8 … 2,5 V nikkel-kadmium vagy nikkel-metálhidrid, illetve akár 3 V alkáli technológiás cellák esetén. Egy olyan meghajtó IC, mint például a Zetex cég TXSC310 típusjelű, konstans áramú feszültségnövelő konvertere, minden nehézség nélkül használható a kisfeszültségű telepek kimenetének felkonvertálására és akár 3,4 V nyitófeszültségű fehér LED meghajtására. A mindössze 0,8 V bemenetről is működőképes meghajtó a telep feszültségének csökkenésével is képes konstans árammal táplálni a LED-et. A ZXSC310 hasznos a zseblámpás vagy kisméretű, hordozható eszközök háttérvilágítási alkalmazásaiban is. Az áramkör egyetlen kivezetésén keresztül vezérelhető normál, vagy 5 µA nyugalmi áramú üzemmódba, továbbá PWM jelre köthető a LED fényének tompítására is.

A National Semiconductor vállalat LM3410 típusjelű áramköre egy újabb példa a kisfeszültségű eszközökhöz használható feszültségnövelő konverterre. Az áramkör 2,7 … 5,5 V bemenetet 3 … 24 V kimenetre tudja felkonvertálni, amelynek elsősorban nagyobb háttérvilágítási alkalmazásokban lehet hasznát venni.

Az elektromos hálózatról működő alkalmazásokra áttérve elmondhatjuk, hogy a kisfeszültségű, beltéri világításra tervezett halogénlámpák feszültségnövelő meghajtók alkalmazásával egyszerűen kiválthatók LED-es változatra. A 18 V feszültségű bemenetet is kezelő áramkörök, mint például a Texas Instruments-féle TPS61160/1 a standard halogénlámpák 12 V egyenfeszültségét egyszerűen konvertálja akár 6 … 10 LED-ből álló mátrixokhoz szükséges feszültségre. Az 1. ábra a TPS61161 áramkört mutatja, amelyben integrált 40 V/0,7 A paraméterű, n-csatornás MOSFET kapcsoló működik, akár 10 LED meghajtására elegendő energiával. A fénytompítást vezérlő csatlakozás használható egyvezetékes digitális interfészként vagy PWM bemenetként is.

Feszültségcsökkentő konverterek LED-meghajtásra
Az általános célú világítási alkalmazásokra tervezett meghajtók többségét általában nagyobb egyenfeszültségű működésre optimalizálják, amelyet általában a hálózati váltakozó feszültség 5 … 30(+) V-ra konvertálásával valósítanak meg. A National Semiconductor LM3406 típusszámú feszültségcsökkentő szabályozója például 6 … 32 V feszültségtartománnyal és folyamatosan fenntarthatóan akár 1,5 A nyitóirányú árammal rendelkezik. A 2. ábra egy tipikus alkalmazási áramkört illusztrál, amelyben külső ellenállással állították be a LED-áramot, és dedikált bemeneti csatlakozási ponttal rendelkezik a PWM fénytompítási célra.

A Zetex ZXLD1350 egy hasonló jellemzőkkel rendelkező feszültségcsökkentő szabályozó 7 … 30 V bemenettel és 350 mA LED-árammal. A külső csatlakozási pont használható áramvezérlésre, továbbá fénytompításhoz PWM jel fogadására is képes. Egyszerű egyenfeszültséggel a kimenet a külső érzékelő ellenállással meghatározott érték fölé vagy alá is vihető. Az 1. ábra feszültségnövelő szabályozójával szemben a 3. ábra egy feszültségcsökkentő szabályozós konfigurációt mutat három darab 1 W teljesítményű LED-del, kisfeszültségű halogénlámpák felváltására. Az áramkör integrált hidas egyenirányítót és flyback diódát is tartalmaz, amely elfér egy standard MR16-os izzólámpa csatlakozórészében, közvetlen 12 V váltakozó feszültségű táplálást lehetővé téve.

Többcsatornás és többáramkörös meghajtás
A feszültségcsökkentő szabályozós topológiával a meghajtható LED-ek számát a maximális kimeneti feszültség határozza meg, amely nem haladhatja meg a bemeneti feszültséget. A nagyméretű LED-mátrixokhoz (például hirdetőtáblás vagy színpadi megvilágítási alkalmazásokban) több meghajtóra lehet szükség, amelyek mindegyike egy-egy LED-sort hajthat meg.

Alternatív lehetőség, ha többcsatornás meghajtót használunk. A TI TLC5917 például egy 8-csatornás meghajtó, amely csatornánként 120 mA stabil leadására képes. Az áramkör összesen nyolc szabályozott porttal rendelkezik, amelyek akár 17 V-on is működhetnek. A kimeneti áram csatornaközti toleranciája kisebb, mint ±3%, így a konfiguráció a különböző LED-láncok között is egyenletes fényerősségű világításra képes. Továbbá, az IC-k közötti, ±6%-nál kisebb pontosság eredményeképpen még több TLC5917-es meghajtó IC használata esetén sem kell lemondanunk az egyenletes fényerősségről adott esetben egy alkalmazáson belül. A megszakadt terhelés, rövidre zárt terhelés vagy túlhevülés elleni védelemmel is rendelkező meghajtó IC kifinomult hibakezelésre is képes.

A teljesítmény LED-ek egyre erősebb világítástechnikai térnyerésének köszönhetően további meghajtóáramköri megoldások felbukkanására lehet a közeljövőben számítani, amelyek még nagyobb áramú meghajtást, még egyszerűbb vezérlést fognak biztosítani, és még nagyobb szabadságot adnak a tervezőknek az optimális tulajdonságú és számú LED-et tartalmazó világítástechnikai rendszerek fejlesztésében.