درایو کردن

راه اندازی کردن LED ها که به اصطلاح درایو کردن گفته می‌شود، با استفاده از منابع تغذیه انجام می شود. این منابع تغذیه می‌توانند از نوع AC به DC و یا DC به DC باشند. در یک دسته بندی کلی این منابع را می­توان به دو دسته  منابع ولتاژ و منابع جریان دسته بندی کرد. در این بخش به این دو دسته پرداخته شده است.

منابع ولتاژ

در بخش های قبل اشاره شد که LED همانند یک بار ولتاژ ثابت با مقاومت مسیر کم رفتار می­کند. راه اندازی یک بار ولتاژ ثابت با منبع ولتاژ کار سختی است زیرا ESR در LED بسیار پایین است و تنها افت ولتاژ ما بین منبع ولتاژ و LED همین مقاومت مسیر است. از طرفی یک وابستگی دمایی بین ولتاژ LED و ESR وجود دارد. این امر موجب می شود تا کوچکترین تغییر ولتاژ در منبع، LED یا دو ESR باعث تغییر زیاد در مقدار جریان شود . منحنی curve A نشانگر این موضوع است.

راه حلی که برای بهبود اشکال فوق ارائه گردیده­ است کنترل جریان غیرفعال ( پسیو) نام دارد در این حالت با افزودن یک مقاومت مسیر می ­توان موجب بهبود منحنی ولتاژ – جریان LED شد. همانطور که از منحنی curve B مشاهده می­ گردد، با افزایش مقاومت مسیر توسط یک مقاومت سری در مسیر، شیب تغییرات ولتاژ بر حسب جریان متعادل تر شده ­است. این امر باعث می شود تغییرات ولتاژ اثر کمتری در جریان مدار ایجاد کند. اما یک ایراد اساسی دیگر برای LED هایی که قرار است به صورت موازی راه اندازی شوند وجود دارد.

منحنی ولتاژ – جریان LED و تاثیر ESR در عملکرد آن

به دلیل تلرانس­ های کارخانه ای مواد سازنده نیمه هادی­ ها ، ممکن است دو LED یکسان از بابت چیپ و توان هم مشخصه ولتاژ و جریان مختلفی داشته باشند. در اتصال موازی این امر این احتمال را به وجود می آورد که جریان­ های دو شاخه موازی یکسان نباشند و جریان اضافی روی یکی از شاخه ها طبق مطلب گفته شده ، منجر به افزایش دما و افت ولتاژ بیشتر و به طبع آن افزایش تدریجی جریان آن شاخه شود. این پروسه منجر به افزایش تلفات گرمایی و نهایتا خرابی LED می شود. برای این منظور نیز می­ توان از یک مقاومت سری در هر شاخه استفاده کرد . اما این امر ضمن تحمیل هزینه اضافی ، موجب تلفات انرژی بسیار زیاد در سیستم می شود. راه حل جایگزین برای رفع مسئله، اضافه جریان کنترل جریان فعال (اکتیو) می­ باشد. در این روش یک ترانزیستور جایگزین مقاومت می­ شود .این سیستم به نام محدود کننده جریان نیز شناخته می­شود. در این سیستم Limiter یا همان محدود کننده می­ تواند یک MOSFET باشد و حس گر جریان  هم یک مقاومت سری با مقدار کوچک است. در این حالت گیت MOSFET به زمین وصل می شود تا با افزایش جریان در روی مقاومت افت جریان بیشتری رخ دهد و ولتاژ سورس ترانزیستور نسبت به گیت بالابرود . در لحظه ای که این ولتاژ به نقطه ی قطع ترانزیستور می­رسد منجر به قطع جریان می شود. همانطور که گفته شد، این سیستم فقط به حد بالای جریان عکس العمل نشان می­دهد. رگولاتور های ولتاژ خطی، در این خانواده از منابع دسته بندی می­ شوند.

 ساختار کلی سیستم محدود کننده جریان

برای سیستم­ های کنترل جریان اکتیو ویژگی هایی از جمله هزینه پایین ، حفاظت در برابر اتصال کوتاه خروجی و نداشتن اثرات EMI برشمرده می­ شود . در مقابل یکی از معایب این سیستم راندمان پایین آن است. تلفات توان منجر به ایجاد نیاز برای یک هیت سینک مناسب می­ شود. دیگر عیب این سیستم ها نیاز به یک ترانسفورمر کاهنده جهت تبدیل ولتاژ شبکه به سطح ولتاژ شاخه LED ها می باشد. وجود ترانسفورمر در کنار هیت سینک منجر به افزایش حجم ، وزن و قیمت سیستم می­ شود. مشکل دیگر این سیستم ها عدم حفاظت در برابر ولتاژهای ورودی مخرب است.

منابع جریان

بنابر ویژگی های ذاتی یک منبع جریان ، امکان تولید یک جریان ثابت بدون محدودیت ولتاژ وجود دارد. برای راه اندازی LED که یک بار ولتاژ ثابت محسوب می­ شود، منابع جریان می توانند گزینه مناسبی باشند. در عمل به دلیل محدودیت های ادوات سازنده منابع جریان، محدودیت ولتاژ برای حفاظت از ادوات سازنده آنها وجود دارد.

در کنار منابع جریان کلاسیک که در مرجع به آنها اشاره شده است، گروهی از منابع تغذیه به اسم رگولاتورهای کلیدزنی وجود دارند که به آن‌ها منبع تغذیه سوئیچینگ نیز گفته می شود. این منابع شامل خانواده بزرگی از مبدل های DC به DC از جمله کاهنده ، افزاینده و کاهنده-افزاینده می باشند. در تقسیم بندی، این منابع را در زیر مجموعه منابع ولتاژ نیز می توان قرار داد. در طراحی این منابع تغذیه می توان حالت جریان ثابت خروجی را با حلقه ی فیدبک ایجاد کرد و آنها را به نوعی به منبع جریان تبدیل نمود که با توجه به مطالب گفته شده حالتی ایده آل جهت راه اندازی LED ها می باشد. در طراحی منابع سوئیچینگ عمدتا از مدارات مجتمع (IC ها) استفاده می شود که دارای مدارات مرجع و مقایسه گر داخلی می باشند . در این مکانیزم دو مقاومت به عنوان مقسم های ولتاژ جهت مقایسه ولتاژ خروجی با ولتاژ مرجع IC یا سیستم کنترلی در نظر گرفته می شود که باعث حفاظت اتصال کوتاه و اضافه ولتاژ در خروجی ( در مدارات افزاینده ولتاژ) گردد.

منابع سوئیچینگ در موارد خرابی LED ها نیز می توانند عملکرد مناسبی داشته باشند. خرابی در LED ها به دو صورت مدار باز و اتصال کوتاه بروز می کند . در حالت مدار باز ولتاژ خروجی منبع تغذیه افزایش پیدا می کند و در حالت اتصال کوتاه با کاهش ولتاژ مواجه است. این نمود خارجی خرابی باعث می شود تا با رصد ولتاژ خروجی بتوان خرابی LED ها را تشخیص داد و حتی مدار جهت اعلان خرابی ساخت. همچنین  جهت تشخیص خرابی در LED ها می توان از یک اوپتوکوپلر سری با شاخه LED استفاده کرد.

سخن آخر