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Indicadores e displays de cristal líquido (LCD) baseados em diodos emissores de luz (LED) podem ser operados a partir de fontes de alimentação convencionais. No entanto, esta não é a melhor maneira de fornecer energia. Abaixo serão mostradas opções para ligar usando microcircuitos especializados - reguladores de tensão, produzidos pela MAXIM.

Usando um potenciômetro digital para ajustar a luz de fundo do LED

O potenciômetro programável de 5 bits DS 1050 é usado como o principal elemento do modulador de largura de pulso (PWM). Altere a largura do pulso de 0 a 100% em etapas de 3, 125%. O potenciômetro é controlado por uma interface serial de dois fios compatível com I²C, endereçando até oito DS 1050s em um barramento de dois fios. A solução do circuito para controlar o brilho da luz de fundo do LED do display de cristal líquido é mostrada na fig. 1.

Fig. 1.

Este circuito não foi projetado para controlar a tensão de contraste do LCD. O display de 20x4 caracteres usado neste exemplo, tipo DMC 20481 da Optrex, possui uma luz de fundo LED amarelo-verde. A queda de tensão direta nos LEDs é de 4,1 volts e a corrente direta máxima é de 260 mA.

Alterando o ciclo de trabalho do modulador de largura de pulso, alterando assim a potência de entrada para os LEDs. Quando o pulso é 100% do tempo de ciclo do modo, temos a máxima fonte de alimentação e, consequentemente, o brilho máximo do brilho. Por outro lado, quando o momento do ciclo é 0%, o brilho do brilho também é zero.

O controle do modulador PWM é bastante simples. O único requisito é que os LEDs não pisquem. Nossos olhos não podem ver piscar em frequências de 30 Hz e acima. O DS1050 "mais lento" opera a 1 kHz. Isso é suficiente para observação visual e minimização da radiação eletromagnética. O transistor MOS Q1 deve ser selecionado de modo que possa ser acionado diretamente por um modulador de largura de pulso de 5V cuja tensão varia de terra a V_cc. O ciclo de trabalho PWM padrão na inicialização é 2. O transistor Q1 acionado por PWM pode alternar os 260 mA necessários para a retroiluminação de LED. A tensão limite da porta do transistor Q1 é de 2-4 volts. O diodo D1 tipo 1N4001 é usado para diminuir o Vcc para 4,3 volts, que é menor que a queda de tensão direta máxima dos LEDs. O resistor em vez do diodo especificado não é usado devido à alta dissipação de energia. Para fechar o MOSFET de forma confiável, um resistor R3 é instalado, o que elimina o modo de porta "flutuante" de Q1.

O capacitor C1 é usado como filtro de potência, deve funcionar bem em alta frequência e é instalado o mais próximo possível dos terminais de U1, com uma distância mínima da fonte de alimentação.

O potenciômetro digital DS 1050 - 001 é ajustado por hardware com endereço A=000. O programa para o microcontrolador tipo 8051 pode ser encontrado no apêndice "App. nota 163" no site da MAXIM.

Para controlar o contraste das telas de cristal líquido (LCDs), ao invés dos potenciômetros mecânicos tradicionais, propõe-se a utilização de um potenciômetro digital como o DS1668/1669 Dallasstats ou DS 1803. e controle microcontrolado do contato do coletor de corrente. Também é importante que esses dispositivos possuam uma memória interna não volátil que permita salvar a posição do coletor de corrente sem alimentação. Na fig. A Figura 1668 mostra um esquema para controle de contraste de LCD usando um potenciômetro digital DS 1669.

Arroz. 2. .

Obviamente, um potenciômetro digital duplo tipo DS 1803 também pode ser usado aqui.

O módulo de cristal líquido (LCM) é alimentado por 5 volts. A mesma tensão é fornecida ao DS 1669, cuja resistência é de 10 kOhm. O terminal do coletor de corrente é conectado diretamente à entrada de energia V_o motorista LCM.

O uso de um potenciômetro digital permite reduzir o tamanho do dispositivo, aumentar significativamente a durabilidade e transferir o controle para o microcontrolador do sistema.

Bem, agora de volta ao controle dos LEDs. Com a crescente popularidade das telas de cristal líquido coloridas em telefones celulares, PDAs, câmeras digitais, etc., os LEDs brancos estão se tornando fontes de luz populares.

A luz branca pode ser fornecida por lâmpadas fluorescentes de cátodo frio (CCFLS) ou LEDs brancos. Devido ao seu tamanho, complexidade e alto custo, CCFLS tem sido a única fonte de branco. Mas agora eles estão perdendo terreno para os LEDs brancos. Eles não requerem alta tensão (200 - 500 VCA) e um grande transformador para produzir essa tensão. E embora a queda de tensão direta em um LED branco (3 a 4V) seja maior do que em um vermelho (1,8V) ou verde (2,2 - 2,4V), eles ainda exigem fontes de alimentação bastante simples. O brilho de um LED branco é controlado alterando a corrente que flui através dele. O brilho total ocorre a 20 mA. À medida que a corrente que flui através do LED diminui, o brilho diminui. Câmeras digitais e telefones celulares normalmente requerem de 2 a 3 LEDs. Pode haver 2 maneiras de agrupar os LEDs: paralelo e serial.

Quando os LEDs são conectados em série, a corrente através de cada um deles será garantidamente a mesma. Mas tal inclusão requer uma tensão mais alta do que com conexão paralela. Quando conectado em paralelo, a tensão é aproximadamente igual à queda de tensão direta em um único LED, em vez da queda de tensão em toda a linha de LEDs. No entanto, o brilho dos diodos pode ser diferente devido à propagação da queda de tensão direta pelos LEDs, portanto, correntes diferentes, se não forem reguladas. A tensão da bateria na maioria dos casos não é suficiente para acender o LED branco, portanto, deve-se utilizar um conversor DC/DC. Nesse caso, a conexão paralela de LEDs é desejável, pois os conversores DC/DC são mais eficazes com uma pequena relação entre o aumento da tensão de saída e a tensão de entrada.

Conexão paralela de LEDs

Existem três maneiras principais de conectar os LEDs em paralelo, conforme mostrado na fig. 3.

Fig. 3.

1. Regulagem de corrente independente através de cada diodo.
2. As correntes são reguladas por resistores de lastro de uma fonte regulada por tensão correspondente à queda de tensão direta através do LED.
3. A partir de uma fonte com corrente ajustável, é obtida uma tensão igual à queda de tensão através do LED ajustável e do resistor e, com a ajuda de resistores de lastro, a corrente através dos LEDs restantes é regulada.

Vamos dar uma olhada nessas opções.

Uma maneira simples de controlar a corrente que flui pelos LEDs é usar um chip especialmente projetado para esse fim. O circuito de comutação é mostrado na fig. 4. Aqui está um chip MAX1916 barato que permite ajustar a corrente através de 3 LEDs brancos. A precisão absoluta da corrente é de 10% e as correntes que passam pelos LEDs diferem em não mais que 0,3%. Esta é a característica mais importante, pois o fluxo luminoso de cada LED deve ser o mesmo. Com brilho total, a corrente através do LED é de 20 mA. Neste caso, 225 mV são suficientes, ultrapassando a queda de tensão nos LEDs, para que o microcircuito mantenha o valor de corrente ajustado. O ajuste da corrente através dos LEDs é feito usando o resistor R_conjunto. A equação para calcular a corrente é a seguinte.

em que:
I_lED - corrente fluindo através do LED [mA]
230 - fator de conversão de chip
U_Fora - tensão de saída do regulador
U_conjunto = 1, 215 V
R_conjunto -resistor instalado entre a saída do regulador e a entrada SET MAX1916 (kΩ).

Fig. 4.

A corrente absoluta também deve ser controlada, mas o brilho mudará em geral para todo o dispositivo (por exemplo, uma tela de telefone). A mudança no brilho pode ser obtida aplicando-se à entrada de habilitação (EN) do chip com um sinal de modulação de largura de pulso. O brilho máximo será em 100% de largura de pulso e em 0% - o LED não brilha.

Este método de comutação é menos preciso, pois as correntes individuais através de cada LED não são reguladas. Como se pode aumentar a precisão absoluta das correntes que fluem e combiná-las através de cada diodo?

A corrente através do LED é calculada pela fórmula:

I_lED = (V_Fora - V_d) / R

Devido às variações de produção, mesmo nas mesmas correntes, a queda de tensão direta no LED (V_d) pode ser diferente. Você pode escrever a relação de duas correntes através de 2 diodos

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

Levando em consideração que os resistores possuem alta precisão (isso é aceitável), temos:

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

Segue-se que a relação (diferença) das correntes através dos diodos é menor, quanto maior a tensão de saída da fonte de alimentação. Deve-se ter em mente que a convergência dos valores das correntes através dos LEDs é paga por um maior consumo de energia. Portanto, podemos recomendar uma tensão na saída do regulador igual a 5 volts.

Para obter essa tensão, você pode usar conversores simples como MAX 1595 (U_O = 5V, eu_O = 125 mA), ou use transmissores de saída variável MAX1759. Assim, alterando a tensão de saída do regulador, é possível corrigir as correntes nos LEDs para o nível desejado (por exemplo, 20 mA). Se não for possível corrigir a corrente ajustando a tensão na saída da fonte de alimentação, os resistores e os transistores MOS são colocados em paralelo com os resistores de lastro R1a: R3a, conforme mostrado na Fig. 5. Ligando e desligando os transistores MOS com um nível lógico, você pode conectar ou desconectar resistores adicionais R1v:.R3v, alterando efetivamente o valor do resistor de lastro.

Fig. 5.

Usando um conversor com corrente de saída ajustável. Na fig. 3c mostra o princípio do uso de um conversor de corrente de saída variável. Neste cenário, a corrente através de um dos diodos (fig. 3c - D1) é convertida em uma queda de tensão no resistor R1 e é esta tensão que é mantida pelo conversor. O conversor pode ser do tipo chave, capacitores chaveados ou regulador linear.

A equação para a corrente através do LED é a mesma acima.

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

Mas neste caso V._Fora não ajustável, mas I1 é ajustável e seu valor é

I1 =V_oc /R1(2)

onde: V_oc - tensão de feedback retirada do resistor R1.

Como a corrente de apenas um diodo é regulada, as diferentes quedas de tensão direta nos LEDs podem fazer com que diferentes correntes fluam através deles. Neste caso, você pode usar o seguinte. Dividimos o resistor em 2 partes: R1 \u1d R1A + R1B e substituímos na equação (1) e substituímos o valor de R2 na equação (1) por R2B. R3 e R1 não requerem divisão de resistor. Seus valores devem ser iguais a R1A + R1B. Agora a saída do regulador manterá uma tensão determinada pela queda de tensão no resistor R6B, conforme mostrado na fig. 1. Se a configuração de R1B for igual à tensão de RXNUMX, o amplificador de erro permanecerá no mesmo estado, a tensão de saída do regulador aumentará, o que garantirá a correspondência das correntes através de cada LED.

Fig. 6.

Sequenciamento de LEDs

A principal vantagem de conectar LEDs em uma cadeia em série é que a mesma corrente flui por todos os diodos e o brilho do brilho é o mesmo. A desvantagem dessa inclusão: é necessária uma tensão mais alta, pois a queda de tensão em cada LED é somada. Mesmo 3 LEDs brancos requerem 9 - 12 volts. Normalmente, os principais reguladores são utilizados para tal inclusão, como os conversores mais eficazes para esses fins. A Figura 7 mostra o diagrama de conexão do regulador de chave MAX 1848, projetado para controlar três LEDs brancos conectados em série. O dispositivo pode ser alimentado de 2,6 a 5,5 volts com uma tensão de saída de até 13 volts. A faixa de entrada é projetada para uma bateria Li-ion ou 3 baterias NiCD/NiMH. A frequência de operação do regulador é de 1,2 MHz, o que permite a utilização de componentes externos com dimensões mínimas. A saída é um sinal PWM. O excesso de tensão é retificado e alimentado aos LEDs. A corrente através dos LEDs e, portanto, o brilho, podem ser ajustados usando uma tensão amostrada por DAC ou um sinal PWM filtrado aplicado à entrada CTRL do MAX 1848. O MAX 1848 é até 87% eficiente com LEDs.

Fig. 7

Para telas grandes onde muitos LEDs são necessários, o controlador de teclas MAX 1698 pode ser usado (consulte a Figura 8). O microcircuito pode operar a partir de uma tensão de entrada de apenas 0,8 Volts, e a tensão de saída é limitada pela tensão de operação de um MOSFET externo de canal n. Baixa tensão de realimentação de até 300 mV (pino FB) contribui para a máxima eficiência do circuito, que chega a 90%. O brilho do LED é ajustado por meio de um potenciômetro, no qual a escova é conectada ao pino ADJ do microcircuito. O potenciômetro pode ser usado tanto analógico quanto digital.

Fig. 8

Obviamente, o número de chips que são usados ​​para alimentar e retroiluminar telas de cristal líquido e LED não se limita aos nomes apresentados no artigo. Se o leitor quiser selecionar os microcircuitos necessários para o seu caso particular, não há nada mais fácil do que entrar no site maxim-ic.com e conhecer as características dos produtos lá.

Materiais informativos usados ​​da empresa MAXIM.

Autor: A. Shitikov; Publicação: radioradar.net

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