Alimentatori per display LCD e LED. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Gli indicatori e i display a cristalli liquidi (LCD) basati su diodi a emissione di luce (LED) possono essere azionati da alimentatori convenzionali. Tuttavia, questo non è il modo migliore per fornire energia. Di seguito verranno mostrate le opzioni per l'accensione utilizzando microcircuiti specializzati - regolatori di tensione, prodotti da MAXIM.

Utilizzo di un potenziometro digitale per regolare la retroilluminazione a LED

Il potenziometro programmabile a 5 bit DS 1050 viene utilizzato come elemento principale del modulatore di larghezza di impulso (PWM). Modificare l'ampiezza dell'impulso da 0 a 100% con incrementi di 3, 125%. Il potenziometro è controllato da un'interfaccia seriale a due fili compatibile con I²C, indirizzando fino a otto DS 1050 su un bus a due fili. La soluzione circuitale per il controllo della luminosità della retroilluminazione a LED del display a cristalli liquidi è mostrata in fig. uno.

Fig. 1.

Questo circuito non è progettato per controllare la tensione di contrasto dell'LCD. Il display a 20x4 caratteri utilizzato in questo esempio, tipo DMC 20481 di Optrex, ha una retroilluminazione a LED giallo-verde. La caduta di tensione diretta attraverso i LED è 4,1 volt e la corrente massima diretta è 260 mA.

Modificando il duty cycle del modulatore di larghezza di impulso, modificando così la potenza in ingresso ai LED. Quando l'impulso è al 100% del tempo di ciclo della modalità, abbiamo la massima alimentazione e, di conseguenza, la massima luminosità del bagliore. Al contrario, quando la quantità di moto del ciclo è 0%, anche la luminosità del bagliore è zero.

Il controllo del modulatore PWM è abbastanza semplice. L'unico requisito è che i LED non lampeggino. I nostri occhi non possono vedere lampeggiare a frequenze di 30 Hz e oltre. Il DS1050 "più lento" opera a 1 kHz. Questo è abbastanza per l'osservazione visiva e la minimizzazione della radiazione elettromagnetica. Il transistor MOS Q1 deve essere selezionato in modo che possa essere pilotato direttamente da un modulatore di larghezza di impulso a 5V la cui tensione varia da massa a V_cc. Il ciclo di lavoro PWM predefinito all'accensione è 2. Il transistor pilotato da PWM Q1 può commutare i 260 mA richiesti per la retroilluminazione a LED. La tensione di soglia del gate del transistor Q1 è di 2-4 volt. Il diodo D1 tipo 1N4001 viene utilizzato per abbassare Vcc a 4,3 volt, che è inferiore alla caduta di tensione diretta massima dei LED. Non viene utilizzato un resistore al posto del diodo specificato a causa dell'elevata dissipazione di potenza. Per chiudere in modo affidabile il MOSFET, è installato un resistore R3, che elimina la modalità di gate "flottante" di Q1.

Il condensatore C1 viene utilizzato come filtro di alimentazione, dovrebbe funzionare bene ad alta frequenza ed è installato il più vicino possibile ai terminali di U1, con una distanza minima dalla fonte di alimentazione.

Il potenziometro digitale DS 1050 - 001 è impostato da hardware con indirizzo A=000. Il programma per il microcontrollore tipo 8051 si trova in appendice alla "App. note 163" sul sito MAXIM.

Per controllare il contrasto dei display a cristalli liquidi (LCD), al posto dei tradizionali potenziometri meccanici, si propone di utilizzare un potenziometro digitale come DS1668/1669 Dallastats o DS 1803. I dispositivi DS1668/1669 sono stati scelti perché prevedono entrambi i pulsanti e controllo a microcontrollore del contatto del collettore di corrente. È inoltre importante che questi dispositivi dispongano di una memoria interna non volatile che consenta di salvare la posizione del collettore di corrente senza alimentazione. Sulla fig. La Figura 2 mostra uno schema per il controllo del contrasto LCD utilizzando un potenziometro digitale DS 1669.

Riso. 2. .

Naturalmente qui può essere utilizzato anche un doppio potenziometro digitale tipo DS 1803.

Il modulo a cristalli liquidi (LCM) è alimentato da 5 volt. La stessa tensione viene fornita al DS 1669, la cui resistenza è di 10 kOhm. Il terminale del collettore di corrente è collegato direttamente all'ingresso di alimentazione V_o driver LCM.

L'uso di un potenziometro digitale consente di ridurre le dimensioni del dispositivo, aumentare notevolmente la durata e trasferire il controllo al microcontrollore del sistema.

Bene, ora torniamo al controllo dei LED. Con la crescente popolarità dei display a cristalli liquidi a colori nei telefoni cellulari, PDA, fotocamere digitali, ecc., i LED bianchi stanno diventando fonti di luce popolari.

La luce bianca può essere fornita da lampade fluorescenti a catodo freddo (CCFLS) o LED bianchi. A causa delle sue dimensioni, complessità e costi elevati, CCFLS è stata a lungo l'unica fonte di bianco. Ma ora stanno perdendo terreno a causa dei LED bianchi. Non richiedono alta tensione (200 - 500 VAC) e un grande trasformatore per produrre questa tensione. E sebbene la caduta di tensione diretta su un LED bianco (da 3 a 4 V) sia superiore a quella su un rosso (1,8 V) o verde (2,2 - 2,4 V), richiedono comunque alimentatori abbastanza semplici. La luminosità di un LED bianco è controllata modificando la corrente che lo attraversa. La piena luminosità si verifica a 20 mA. Quando la corrente che scorre attraverso il LED diminuisce, la luminosità diminuisce. Le fotocamere digitali e i telefoni cellulari richiedono in genere da 2 a 3 LED. Ci possono essere 2 modi per raggruppare i LED: parallelo e seriale.

Quando i LED sono collegati in serie, la corrente attraverso ciascuno sarà garantita essere la stessa. Ma una tale inclusione richiede una tensione maggiore rispetto alla connessione in parallelo. Quando è collegato in parallelo, la tensione è approssimativamente uguale alla caduta di tensione diretta su un singolo LED invece della caduta di tensione sull'intera fila di LED. Tuttavia, la luminosità dei diodi può essere diversa a causa della diffusione della caduta di tensione diretta attraverso i LED, quindi correnti diverse, se non sono regolate. La tensione della batteria nella maggior parte dei casi non è sufficiente per accendere il LED bianco, quindi è necessario utilizzare un convertitore CC/CC. In questo caso, è desiderabile il collegamento in parallelo dei LED, poiché i convertitori CC / CC sono più efficaci con un piccolo rapporto tra la tensione di uscita aumentata e la tensione di ingresso.

Collegamento in parallelo di LED

Esistono tre modi principali per collegare i LED in parallelo, come mostrato in fig. 3.

Fig. 3.

1. Regolazione indipendente della corrente attraverso ogni diodo.
2. Le correnti sono regolate da resistori di zavorra da una sorgente regolata in tensione corrispondente alla caduta di tensione diretta attraverso il LED.
3. Da una sorgente con corrente regolabile, si ottiene una tensione pari alla caduta di tensione attraverso il LED e il resistore regolabili e, con l'aiuto di resistori di zavorra, viene regolata la corrente attraverso i LED rimanenti.

Diamo un'occhiata più da vicino a queste opzioni.

Un modo semplice per controllare la corrente che scorre attraverso i LED è utilizzare un chip appositamente progettato per questo scopo. Il circuito di commutazione è mostrato in fig. 4. Qui è mostrato un chip MAX1916 economico che consente di regolare la corrente tramite 3 LED bianchi. La precisione assoluta della corrente è del 10% e le correnti che scorrono attraverso i LED differiscono di non più dello 0,3%. Questa è la caratteristica più importante, poiché il flusso luminoso di ciascun LED deve essere lo stesso. A piena luminosità, la corrente attraverso il LED è di 20 mA. In questo caso sono sufficienti 225 mV, superando la caduta di tensione ai capi dei LED, affinché il microcircuito mantenga il valore di corrente impostato. L'impostazione della corrente attraverso i LED viene eseguita utilizzando il resistore R_set. L'equazione per il calcolo della corrente è la seguente.

dove:
I_guidato - corrente che scorre attraverso il LED [mA]
230 - fattore di conversione del chip
U_su - tensione di uscita del regolatore
U_set = 1, 215 V
R_set -resistenza installata tra l'uscita del regolatore e l'ingresso del SET MAX1916 (kΩ).

Fig. 4.

Deve essere controllata anche la corrente assoluta, ma la luminosità cambierà in generale per l'intero dispositivo (ad esempio il display di un telefono). La variazione di luminosità può essere ottenuta applicando all'ingresso di abilitazione (EN) del chip un segnale a modulazione di larghezza di impulso. La luminosità massima sarà al 100% della larghezza dell'impulso e allo 0%: il LED non si accende.

Questo metodo di commutazione è meno preciso, poiché le singole correnti attraverso ciascun LED non sono regolate. Come si può aumentare la precisione assoluta delle correnti che scorrono e farle combaciare attraverso ciascun diodo?

La corrente attraverso il LED è calcolata dalla formula:

I_guidato = (V_su - V_d) / R

A causa delle variazioni di produzione, anche a parità di correnti, la caduta di tensione continua ai capi del LED (V_d) potrebbe essere diverso. Puoi scrivere il rapporto di due correnti attraverso 2 diodi

I1/I2 = R2/R1 [(V_su - V_d1)/(v_su - V_d2)]

Tenendo conto che i resistori hanno un'elevata precisione (questo è accettabile), abbiamo:

I1/I2 = (v_su - V_d1)/(v_su - V_d2)

Ne consegue che il rapporto (differenza) delle correnti attraverso i diodi è minore, maggiore è la tensione di uscita del generatore. Va tenuto presente che la convergenza dei valori di corrente ​​attraverso i led è pagata da un maggiore consumo energetico. Pertanto, possiamo consigliare una tensione all'uscita del regolatore pari a 5 volt.

Per ottenere tale tensione si possono utilizzare dei semplici convertitori come il MAX 1595 (U_O = 5V, I_O = 125 mA), oppure utilizzare trasmettitori a uscita variabile MAX1759. Pertanto, modificando la tensione di uscita del regolatore, è possibile correggere le correnti nei LED al livello desiderato (ad esempio 20 mA). Se non è possibile correggere la corrente regolando la tensione all'uscita dell'alimentatore, resistori e transistor MOS vengono posti in parallelo con i resistori di zavorra R1a: R3a, come mostrato in Fig. 5. Accendendo e spegnendo i transistor MOS con un livello logico, è possibile collegare o scollegare resistori aggiuntivi R1v:.R3v, modificando efficacemente il valore del resistore di zavorra.

Fig. 5.

Utilizzando un convertitore con corrente di uscita regolabile. Sulla fig. 3c mostra il principio dell'utilizzo di un convertitore di corrente di uscita variabile. In questo scenario, la corrente attraverso uno dei diodi (fig. 3c - D1) viene convertita in una caduta di tensione attraverso il resistore R1 ed è questa tensione che viene mantenuta dal convertitore. Il convertitore può essere del tipo a chiave, condensatori commutati o regolatore lineare.

L'equazione per la corrente attraverso il LED è la stessa di cui sopra.

I_x = (V_su - V_dx) / R_x (1)

Ma in questo caso V_su non regolabile, ma I1 è regolabile e il suo valore è

io1 = v_oc /R1(2)

dove: V_oc - tensione di retroazione prelevata dalla resistenza R1.

Poiché la corrente di un solo diodo è regolata, le diverse cadute di tensione diretta attraverso i LED possono causare il flusso di correnti diverse attraverso di essi. In questo caso, puoi utilizzare quanto segue. Dividiamo il resistore in 2 parti: R1 \u1d R1A + R1B e lo sostituiamo nell'equazione (1) e sostituiamo il valore di R2 nell'equazione (1) con R2B. R3 e R1 non richiedono la divisione del resistore. I loro valori devono essere uguali a R1A + R1B. Ora l'uscita del regolatore manterrà una tensione determinata dalla caduta di tensione attraverso il resistore R6B, come mostrato in fig. 1. Se l'impostazione da R1B è uguale alla tensione di RXNUMX, l'amplificatore di errore rimarrà nello stesso stato, la tensione di uscita del regolatore aumenterà, il che garantirà l'abbinamento delle correnti attraverso ciascun LED.

Fig. 6.

Sequenza LED

Il principale vantaggio di collegare i LED in una catena in serie è che la stessa corrente scorre attraverso tutti i diodi e la luminosità del bagliore è la stessa. Lo svantaggio di questa inclusione: è necessaria una tensione più alta, poiché la caduta di tensione su ciascun LED è sommata. Anche 3 LED bianchi richiedono 9 - 12 volt. Di solito, per tale inclusione vengono utilizzati i regolatori chiave, in quanto i convertitori più efficaci per questi scopi. La figura 7 mostra lo schema di collegamento del regolatore a chiave MAX 1848, predisposto per comandare tre led bianchi collegati in serie. Il dispositivo può essere alimentato da 2,6 a 5,5 volt con una tensione di uscita fino a 13 volt. La gamma di ingresso è progettata per una batteria agli ioni di litio o 3 batterie NiCD/NiMH. La frequenza di funzionamento del regolatore è di 1,2 MHz, che consente l'utilizzo di componenti esterni con ingombri minimi. L'uscita è un segnale PWM. La tensione in eccesso viene rettificata e alimentata ai LED. La corrente attraverso i LED, e quindi la luminosità, può essere regolata utilizzando una tensione campionata DAC o un segnale PWM filtrato applicato all'ingresso CTRL del MAX 1848. Il MAX 1848 è efficiente fino all'87% con i LED.

Fig. 7

Per display di grandi dimensioni in cui sono richiesti molti LED, è possibile utilizzare il controller a chiave MAX 1698 (vedere la Figura 8). Il microcircuito può funzionare da una tensione di ingresso di soli 0,8 Volt e la tensione di uscita è limitata dalla tensione operativa di un MOSFET esterno a canale n. Una bassa tensione di feedback fino a 300 mV (pin FB) contribuisce alla massima efficienza del circuito, che raggiunge il 90%. La luminosità del LED viene regolata tramite un potenziometro, in cui la spazzola è collegata al pin ADJ del microcircuito. Il potenziometro può essere utilizzato sia analogico che digitale.

Fig. 8

Naturalmente, il numero di chip utilizzati per alimentare e retroilluminare display a cristalli liquidi e LED non è limitato agli elementi presentati nell'articolo. Se il lettore desidera selezionare i microcircuiti necessari per il suo caso particolare, non c'è niente di più facile che accedere al sito Web maxim-ic.com e conoscere le caratteristiche dei prodotti lì.

Materiali informativi utilizzati della società MAXIM.

Autore: A. Shitikov; Pubblicazione: radioradar.net

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