• بازدید : 36 views
  • بدون نظر
این فایل در ۱۸صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:

بسیاری از دستگاه های الکتریکی قابل حمل امروزی به راهکارهای راه انداز «لد» با نور پشتی نیاز دارند. این راه انداز، باید دارای ویژگی های زیر باشد. کنترل مستقیم جریان، بازدهی بالا، نور ضعیف pwm، حفاظت اضافه- ولتاژ، قطع بار، کوچکی اندازه و سهولت کاربری.

این مقاله به بررسی هر کدام از این ویژگی ها و چگونگی دستیابی به آنها می پردازد و با یک مدار الکتریکی نمونه که هر کدام از این ویژگی ها را به کار می برد، نتیجه گیری می کند.

LEDها دستگاه های تحریک جریان هستند که روشنایی شان متناسب با جریان مستقیم آنها می باشد. جریان مستقیم به دو روش کنترل می شود. روش اول استفاده از منحنی LED.V-I می باشد که برای تعیین ولتاژ مورد نیاز برای ایجاد جریان مطلوب در LED به کار می رود. همان طور که در تصویر نشان داده شده است، این روش عموماً به واسطه ی به کارگیری یک منبع ولتاژ و استفاده از یک مقاومت تثبیت، انجام می شود. به هر حال، این روش معایبی هم دارد. هرگونه تغییری در ولتاژ LED، باعث تغییر جریان LED می شود. در تصویر شماره یک، چنانچه ولتاژ مستقیم ۶/۳ باشد، جریان ۲۰ میلی آمپر است. چنانچه رقم این ولتاژ به v4 تغییر پیدا کند، – که در محدوده ی تحمل پذیری ولتاژ به خاطر تغییرات دما و یا تغییرات کارخانه ای می باشد- جریان مستقیم به ۱۴ میلی آمپر کاهش پیدا می کند. این ۱۱% تغییر در ولتاژ مستقیم، باعث تغییر بیشتری در جریان مستقیم یعنی حدود ۳۰% می شود. همچنین، بسته به ولتاژ ورودی موجود، میزان ولتاژ کاهش پیدا کرده، توان مصرفی مقاومت تثبیت، انرژی را هدر داده و عمر باتری را کاهش می دهد. دومین روش، روش بهتر تنظیم جریان LED، یعنی راه اندازی LED با یک منبع جریان ثابت می باشد. منبع جریان ثابت، تغییرات ایجاد شده در جریان را که به واسطه ی نوسانات ولتاژ مستقیم به وجود آمده است، حذف می کند و آن را به روشنایی ثابت LED بدل می سازد. ایجاد یک منبع جریان ثابت کاملاً ساده است. علاوه بر تنظیم ولتاژ خروجی، منبع تغذیه ورودی، ولتاژ را در مقاومت الکتریکی تنظیم می کند. تصویر ۲، این طرح را نشان می دهد. ولتاژ مرجع منبع تغذیه و مقدار جریان مقاومت الکتریکی، میزان جریان LED را تعیین می کند. چندین LED، باید به صورت سری به هم متصل شوند تا شارش جریان را در هر LED به طور یکسان حفظ شود. راه اندازی LED به روش موازی، مستلزم یک مقاومت تثبیت در هر رشته LED می باشد که منجر به کاهش بازدهی و تطبیق ناهماهنگ جریان می شود.
 

 
– بازدهی بالا
عمر باتری در کاربردهای قابل حمل بسیار حیاتی است. برای اینکه یک راه انداز LED مفید واقع شود، باید کارا باشد. سنجش کارآیی یک راه انداز LED، با سنجش بازدهی در یک منبع تغذیه عادی، متفاوت است. سنجش بازدهی یک منبع تغذیه از طریق تقسیم توان خروجی بر توان ورودی تعریف می شود در مورد راه انداز LED توان خروجی پارامتر مهمی نیست. آنچه مهم است، مقدار توان ورودی مورد نیاز برای ایجاد روشنایی مطلوب LED می باشد. این عمل به راحتی و از طریق تقسیم توان LEDها بر توان ورودی بدست می آید. تعیین بازدهی به این روش به این معناست که توان در مقاومت الکتریکی جریان مصرف شده که در توان از دست رفته ی منبع تغذیه نقش داشت است. معادله ی زیر نشان می دهد که ولتاژ کمتر جریان در بازدهی بیشتر راه اندازهای LED نقش دارد.


تصویر ۳ نشان می دهد که انتخاب یک منبع تغذیه با ولتاژ مرجع v25/0، در مقابل یک منبع تغذیه با ولتاژ مرجع v1، بازدهی [LED] را بهبود می بخشد. بدون توجه به ولتاژ ورودی یا جریان LED، هرچه ولتاژ جریان دریافتی کمتر باشد، بازدهی LED بیشتر می شود. چنانچه بقیه ی ویژگی که در شرایط یکسانی باشد، باز هم میزان کمتر ولتاژ مرجع، به طور قابل توجهی باعث بهبود بازدهی و نیز افزایش عمر باتری می شود.
– نور ضعیف PWM
اکثر کاربردهای قابل حمل LED، به نوردهی ضعیف در برنامه های کاربردی مانند نورپردازی از پشت در LCD، باعث ایجاد روشنایی و تنظیم کنتراست می شود. دو نوع نوردهی ضعیف وجود دارد: آنالوگ و PWM   .
دو نوع آنالوگ با به کار بردن ۵۰% از حداکثر جریان LED، ۵۰% روشنایی به دست می آید. عیب این روش این است که رنگ LED تغییر کرده و به سیگنال کنترل کننده ی آنالوگ نیز نیاز است که معمولاً به آسانی در دسترس نیست. نوردهی PWM، با به کارگیری کل جریان به LED در یک چرخه کاهشی به دست می آید. برای تولید ۵۰ درصد روشنایی، کل جریان در این چرخه به کار گرفته می شود. برای این که مطمئن باشیم که پالس سازی PWM، توسط چشم قابل مشاهده است، فرکانس سیگنال PWM، باید بالای Hz100 باشد. حداکثر فرکانس PWM، به شروع به کار منبع تغذیه و زمان پاسخگویی بستگی دارد. برای ایجاد انعطاف پذیری بیشتر و سهولت ترکیب بندی، راه انداز LED باید قادر به دریافت فرکانس های PWM، حداقل به میزان KHz50 باشد.
– حفاظت اضافه- ولتاژ
به کار انداختن یک منبع تغذیه با مُد جریان ثابت، مستلزم حفاظت اضافه- ولتاژ می باشد. منبع تغذیه جریان ثابت، بدون توجه به بارگذاری، یک جریان خروجی ثابت را به وجود می آورد. چنانچه مقاومت بار افزایش پیدا کند، ولتاژ خروجی منبع تغذیه نیز باید افزایش پیدا کند تا از این طریق یک جریان ثابت به وجود آید. اگر منبع تغذیه، با مقاومت اضافی بار مواجه شود و یا بارگذاری قطع گردد، ولتاژ خروجی می تواند به بالاتر از مقدار مجاز ولتاژ IC و یا دیگر عناصر مداری افزایش پیدا کند. طرح های متعددی در مورد حفاظت اضافه ولتاژی برای راه اندازی جریان ثابت LED وجود دارد. یکی از این طرح ها، قرار دادن دیود زنر (zener diode) به صورت موازی LEDها می باشد. این کار، ولتاژ خروجی را به ولتاژ فروشکست زنر به علاوه ی ولتاژ مرجع منبع تغذیه محدود می کند. در شرایطی که با اضافه- ولتاژ مواجه هستیم، ولتاژ خروجی به حدی افزایش پیدا می کند که زنر آن را کاهش داده و رسانش را آغاز می کند. جریان خروجی از طریق زنر جریان پیدا کرده و سپس از طریق مقاومت جریان به زمین منتقل می شود. منبع تغذیه تا زمانی که زنر ولتاژ خروجی را محدود کند، به تولید جریان خروجی ثابت ادامه می دهد. روش بهتر حفاظت اضافه- ولتاژ، نظارت بر ولتاژ خروجی و خاموش کردن منبع تغذیه، زمانی که اضافه ولتاژ به حد خطا برسد، می باشد. خاموش کردن منبع تغذیه در هنگام اضافه- ولتاژ، مصرف انرژی را کاهش داده و عمر باتری را افزایش می دهد.
 
– قطع بار
یکی از مسائلی که اغلب در راه انداز LED نادیده گرفته می شود، قطع بار می باشد. هنگامی که منبع تغذیه از کار می افتد، قطع بار به طور الکتریکی LEDها را از منبع تغذیه جدا می کند. این عمل در دو حالت خاموشی و نوردهی PWM مهم می باشد. همان طور که در تصویر ۲ نشان داده شده است، در حین خاموش شدن مبدّلِ توان، بار الکتریکی هنوز از طریق القاگر و قفل دیود به ورودی متصل است. از آنجایی که ولتاژ ورودی هنوز به LEDها متصل است، حتی وقتی که منبع تغذیه کار نمی کند، مقدار کمی جریان شارش پیدا می کند. حتی جریان نشتی بسیار کم و در حین خاموشی درازمدت، عمر باتری را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. قطع بار همچنین در زمان نوردهی PWM مهم می باشد. در زمان خاموشی نوردهی، منبع تغذیه کار نمی کند امّا خازن خروجی هنوز به LEDها متصل است. بدون قطع بار تا زمانی که پالس های dimming دوباره منبع تغذیه را روشن می کنند، خازن خروجی از طریق  LEDها دشارژ (تخلیه) می شود. از آنجایی که در آغاز هر دوره ی نوردهی، خازن نسبتاً دشارژ می شود، منبع تغذیه باید در آغاز هر دوره ی نوردهی، خازن خروجی را شارژ نماید. این کار یک جریان درون تاختی در هر دوره به وجود می آورد. جریان درون تاختی بازدهی سیستم را کاهش داده و باعث ایجاد حالت گذرای ولتاژ در گذرگاه ورودی می شود. با استفاده از کلید قطع بار، LEDها از مدار الکتریکی جدا شده و بنابراین در هنگام از کار افتادن منبع تغذیه، جریان نشتی وجود ندارد و شارژ خازن خروجی در زمان نوردهی PWM به صورت کامل باقی می ماند. مدار قطع بار بهترین گزینه برای جاسازی یک ماس فت (Masfet) بین LEDها و مقاومت الکتریکی جریان می باشد. قرار دادن ماس فت بین مقاومت الکتریکی جریان و زمین یک افت ولتاژ اضافی را ایجاد می کند که خود را به صورت یک اشکال درنقطه تنظیم جریان خروجی نشان می دهد.
– استفاده ی آسان
سهولت در استفاده یک مفهوم نسبی است، استفاده آسان از یک مدار، تنها شامل پیچیدگی طرح اولیه نمی شود بلکه تلاش های بعدی برای تغییر سریع مدار و استفاده ی مجدد آن در برنامه های دیگر را نیز در بر می گیرد که این برنامه ها ممکن است از لحاظ ویژگی های مورد نیاز، تفاوت های جزئی داشته باشند به طور کلی، استفاده از کنترل کننده های هیستریک سیار راحت است. یک کنترلگر هیستریک نیاز به جبران بسامدی پیچیده که در طراحی کلاسیک منبع تغذیه مورد نیاز است را از بین می برد. در حالی که جبران بسامدی برای یک طراح با تجربه ی منبع تغذیه پیچیده و مشکل نیست اما اکثر طراحان مبتدی،آن را خسته کننده می یابند. نظر به اینکه بهترین تغییرات جبران سازی در شرایط متفاوت ورودی و خروجی، (متفاوت است)، یک طرح کلاسیک منبع تغذیه، خود را درگیر تغییرات سریع برای شرایط کاری متفاوت نمی کند. یک کنترلگر هیستریک، به طور طبیعی پایدار بوده و در هنگام تغییر شرایط ورودی و خروجی به تغییری نیاز ندارد.
– کوچک بودن اندازه
کوچک بودن اندازه فاکتور مهمی در مدارهای قابل حمل می باشد عوامل متعددی در اندازه ی عناصر مداری نقش دارند. یکی از این عوامل، بسامد کلیدزنی می باشد. فرکانس های بالاتر امکان استفاده از عناصر غیرفعال کوچکتر را فراهم می آورند.
یک راه انداز LED مدرن که برای مدارهای قابل حمل در نظر گرفته شده، باید قادر به کلیدزنی بسامدهای بالای MHz1 باشد. کلید زنی در فرکانس های بالاتر از MHz1 عموماً توصیه نمی شود. زیرا اندازه ی مدار را به میزان قابل توجهی کاهش نمی دهد. ولی در نتیجه ی اتلاف بیشتر کلیدزنی، ازدهی را کاهش داده و عمر باتری را کم می کند. ترکیب عناصر در کنترل IC، به طور قابل ملاحظه ای اندازه ی کلی راه انداز را کاهش می دهد. دومین فایده ی مجتمع سازیِ ویژگی ها که به اندازه ی مورد اول مهم است، کاهش هزینه ی کلی این راهکار می باشد. به کار بردن جداگانه ی این عناصر در راه انداز LED، می توان شصت تا هفتاد سِنت (cent) به هزینه ی عناصر بیافزاید. هنگامی که آنها را در کنترل IC ترکیب کنید این عناصر عموماً تنها چند پِنی (pennia) به هزینه ی IC می افزایند.
– راه کار عملی
TPS61042 نمونه ی بسیار خوبی از یک نمونه ی مدرن کنترل IC برای راه انداز LED می باشد. تصویر شماره ۴، نمودار جعبه ای TPS61042 با کنترل IC کاملاً یکپارچه می باشد. Q1 یک مقاومت الکتریکی کم است که با توان FET ترکیب شده است. مقاومت پائین این اجزاء در بازدهی بسیار بالای مدار نقش دارند. رقمV25% به عنوان رقم ولتاژ مرجع، میزان اتلاف انرژی را در مقاومت الکتریکی جریان کاهش می دهد. نوردهی PWM، با به کارگیری یک سیگنال PWM به پین CTRL و با فرکانس KHz50 به راحتی محقق می شود. Q2، طرح مدارهای قطع بار را اجرا می کند. به محض اینکه، ترکیب شکل گرفت، این مدار به طور کامل به بسامد نوردهی PWM، هماهنگ می شود. حفاظت اضافه- ولتاژ نیز بر روی IC پیاده می شود. اغلب طراحان مجرّب، نبود یک تقویت کننده ی خطا و مدار جبران کننده را مورد توجه قرار می دهند. این تابع با مقایسه گر خطا جایگزین شده است. این IC با توپولوژی پسخورد کنترل هیستریک کار می کند که به هیچ جبران سازی نیاز نداشته و به طور طبیعی پایدار است. چیزی که در نمودار جعبه ای نشان داده نشده، اندازه ی فیزیکی IC می باشد. همه ی مدارهای کنترل و اجزای آن در یک بسته بندی ۳٫ ۳ QFN، ادغام شده است. تصویر ۵، یک نمونه کاربرد راه انداز LED را نشان می دهد که چهار LED را با جریان مستقیم ۲۰ میلی آمپر راه اندازی کرده و از یک ولتاژ خروجی با دامنه ی v 8/1 تا v6 آنها را به کار می اندازد. کل مدار شامل کنترل IC، دو کلاهک سرامیکی کوچک، القاگر، یک دیود، و یک مقاومت الکتریکی جریان می باشد.
این مدار کوچک نشان دهنده ی سطح بالای مجتمع سازی می باشد که به واسطه ی راه اندازهای LED امروزی به دست آمده است.
نقش اولیه منبع تغذیه و اجزای ثانویه مانند قطع بار، محافظه اضافه- ولتاژ و نوردهی PWM با یک کنترل IC و پنج عنصر غیرفعال کوچک سطحی اجرا می شود.

عتیقه زیرخاکی گنج