О.М. Партала, м.Київ

Розвиток технології поверхневого монтажу призвело до того, що багато радіокомпоненти почали виконувати в спеціальних мініатюрних корпусах для поверхневого монтажу. З’явилися чіп-резистори, чіп-конденсатори, в цьому ж виконанні почали випускати транзистори, діоди, мікросхеми та багато іншого. Ця тенденція торкнулася і світлодіодів. Першою чіп-світлодіоди почала випускати фірма Agilent Technologies [1]. В даний час такі све-тодіоди випускають фірми Sharp, Kingbright та ін

Але крім зручності монтажу у чіп-світлодіодів проявилося інше несподіване властивість: з них на друкованій платі можна “викладати” різні кольорові візерунки і навіть цілі панно. Це сталося тому, що у чіп-светоді-одов світна поверхня займає майже всю площу чіпа. Крім того, чіп-світлодіоди випускають різних розмірів, кольору світіння, більш того, є світлодіоди двох-і навіть триколірні, що дає дизайнерові необмежені можливості.

Технічні дані. Розглянемо технічні дані чіп-світлодіодів на прикладі продукції фірми Sharp. На рис.1 показаний креслення порівняно великого світлодіода серії GM5 розміром 6х6 мм. Його параметри наведені в табл.1, де S – інтенсивність світла; ип – пряме падіння напруги; 1п – максимальний безперервний струм.

На рис.2 показаний креслення чіп-світлодіода менших розмірів серій LT1 і GM4 розміром 2,7 х1, 3 мм. Їх параметри наведені в табл.2 з тими ж позначеннями.

На рис.3 показано креслення надмініатюрних чіп-світлодіодів розміром 0,8 х1, 6 мм серії LT1. Їх параметри наведені в табл.3 з тими ж позначеннями.

На рис.4 показаний креслення двоколірних чіп-світлодіодів серії GM1Z. Їх параметри наведені в табл.4 з тими ж позначеннями (для кожного кольору окремо).

   

   

   

   

   

   

На рис.5 показаний креслення триколірних чіп-светодіо-дів серії LT1W. Їх параметри наведені в табл.5 з тими ж позначеннями (для кожного кольору окремо).

Застосування. На рис.6 показаний приклад застосування чіп-світлодіодів різного розміру і кольору світіння для формування кольорового панно – логотипу фірми СЕА. Основні поля заповнюються чіп-світлодіодами великого розміру (наприклад, 6х6 мм). Але на стиках квітів, де є криволінійні поверхні, необхідно застосовувати більш дрібні чіп-світлодіоди (середнього розміру 1,3 х2, 7 мм або навіть 0,8 х1, 6 мм). Чорні смуги на рис.6 – контактні висновки світлодіодів. Але при повністю світному панно вони не будуть видні, особливо якщо розглядати панно на відстані. У місці розміщення напису SEA світлодіодів немає, чорні смуги виходять більш широкими, і тому напис буде видна.

на лініях руху матеріалів, комплектуючих, рідин, газів і т.п. виділяється “хвилею, що біжить” (як у ялинкових гірляндах).

Ще один приклад показаний на рис.8, де з чіп-світлодіодів викладені шляхи залізничної станції. Ті ділянки колій, де стоять потяги виділяються світяться відрізками ліній (довжина відрізка пропорційна довжині поїзда). В даному випадку застосовані триколірні чіп-світлодіоди, колір використовується для позначення або категорії поїзда (швидкий, пасажирський, товарний), або для позначення часу, що залишився для відправлення (наприклад, якщо більше 5 хв – зелений колір, від 1 до 5 хв – жовтий колір, менше 1 хв – червоний), або для інших параметрів.

Подібних прикладів застосування можна привести багато. Важливо одне – описані вище “картинки” формуються на друкованій платі, на якій на зворотному боці можна розмістити схеми включення і управління. Такі пристрої легко тиражувати.

На рис.7 показаний приклад застосування чіп-світлодіодів для формування мнемосхеми технологічного процесу. У даному випадку маються два варіанти процесу: один йде по лініях і блокам червоного кольору, інший по лініях і блокам зеленого кольору. Ті блоки і лінії, які беруть участь в обох варіантах, викладені двоколірними світлодіода-ми (на рис.7 показані через косу лінію). Блоки виділяються суцільний засвіченням, а

   

   

   

   

Схеми включення У табл.1-5 приведений такий параметр як пряме падіння напруги при включенні світлодіода. Слід пам’ятати, що цей параметр має великий розкид: від -15

до +30%. Тому паралельно включати світлодіоди можна, при такому включенні один світлодіод світитиметься повністю, а другий ледве-ледве (або взагалі не світитися). Ось чому світлодіоди потрібно включати послідовними ланцюжками. Багато хто пам’ятає, що так можна включати і лампи розжарювання, але при перегорання однієї лампи вимикається весь ланцюжок. У світлодіодних ланцюжках цього боятися не слід. Якщо не перевищувати номінальний струм (він також зазначений в табл.1-5), то світлодіоди можуть світити десятиліттями.

Кількість світлодіодів в ланцюжку визначається наявними у користувача напругою живлення. Наприклад, якщо напруга живлення +12 В, то для червоних світлодіодів з табл.1 (з падінням напруги 2,4 В плюс допуск +30%, всього 3,1 В) можна скласти ланцюжок всього з трьох світлодіодів. Залишок напруги доведеться на баластні опір. Для блакитних світлодіодів з падінням напруги 3,8 В плюс 30% (всього 4,9 В) ланцюжок буде складатися з двох світлодіодів. Зрозуміло, що для панно доведеться ставити велику кількість баластних резисторів. Для зменшення кількості баластних резисторів необхідно підвищувати робочу напругу хоча б до 30-40 В.

Включати велике число ланцюжків можна по двох схе

мам. На рис.9, а показано включення ланцюжків в колекторну (стоковий) ланцюг потужного транзистора VT1. При подачі позитивного потенціалу на базу (затвор) транзистора всі світлодіоди в ланцюжках від HL1-1 до HLn-k світяться. За зарубіжній термінології такої мощ

ний каскад називають нижнім драйвером.

На рис.9, б показано включення ланцюжків в емітерний (істоковий) ланцюг потужного транзистора. Так само, як і в схемі рис.9, а на базу (затвор) VT1 слід подати позитивний потенціал (з рівнем напруги живлення + Еп). За зарубіжній термінології такий потужний каскад називають верхнім драйвером. Недоліком схеми рис.9, а є те, що світлодіоди не пов’язані з земляною шиною, але зате амплітуда імпульсу управління на базу (затвор) невелика. У схемі рис.9, б світлодіоди пов’язані з земляною шиною, але зате необхідний імпульс управління великої амплітуди.

Баластні резистори розраховують таким чином. Припустимо є напруга харчування +30 В. У ланцюжок можна включити до 9 червоних світлодіодів з максимальною напругою 3,1 В. Але мінімальна напруга буде всього 2,1 В (від номінального 2,4 В необхідно відняти 15%). Тоді на ланцюжку світлодіодів падіння напруги буде 9х2, 1 = 18,9 В. Решта 11,1 В залишаться на баластовому резисторі. При номінальному струмі для даного світлодіода 70 мА опір баластного резистора становитиме 11,1 / 0,07 = 158 Ом при потужності 11,1 х0, 07 = 0,78 Вт Зрозуміло, що не може бути ситуації, коли у всіх светоді-

   

   

одов в ланцюжку напруга горіння нижче норми, але при такому підході струм горіння буде в середньому на 15% нижче номінального, а розсіює потужність навіть на 30% нижче розрахункової.

Кількість гілок, які можна включати на один транзистор в схемах рис.9, визначається робочим струмом транзистора. Якщо, як зазначено в прикладі, номінальний струм світлодіода 70 мА, а робочий струм транзистора не повинен перевищувати 1 А, то допустимо включення 1/0, 07 = 14 ланцюжків.

Замість транзисторів можна використовувати мікросхеми з потужними драйверами на виході. В [2] були описані цифрові мікросхеми тригерів і регістрів з драйверами, розрахованими на напругу до +40 В і робочий струм до 250 мА. Такі мікросхеми зручні для схем рис.7 і 8, де необхідно перемикати ланцюжка.

Для включення цілих панно більш зручні спеціальні мікросхеми силових нижніх і верхніх драйверів [3]. Наприклад, нижній драйвер BUK106-50L / S фірми Philips Semiconductor розрахований на напругу до 50 В і робочий струм до 50 А, а вхідні сигнали приймає з ТТЛ-мікросхем. Верхній драйвер BUK203-50 тієї ж фірми розрахований на напругу 50 В і робочий струм 20 А. На відміну від звичайних транзисторів такі драйвери мають захист від кидків напруги і від короткого замикання по виходу, отже, більш надійні в експлуатації. На рис.8 необхідно виробляти комутацію переміщаються світяться ланцюжків різної довжини. Для цього можна скористатися схемою рис.10. Ланцюжок світлодіодів HL1 … HLn подключе

на до двох дешифраторів DD1 і DD2, причому дешифратор DD1 має прямі виходи, а DD2 – інверсні. Наприклад, потрібно з усією ланцюжка світлодіодів включити HL1 і HL2. Для цього на вихід 0 DD1 потрібно подати позитивний потенціал, а на вихід 2 DD2 – нульовий потенціал. Ланцюг струму горіння проходить через баластний резистор R1, діод VD1 *, світлодіоди HL1, HL2 і діод VD3 (діоди VD1, VD2 замкнені позитивними потенціалами на виходах 0 і 1 DD2, а діоди VD2 *, VD3 * – нульовими потенціалами на виходах 1 і 2 DD1). Тоді код К1 на вході DD1 позначає номер першого світного світлодіода плюс 1, а код К2 на вході DD2 – номер останнього світного світлодіода. Синхронно змінюючи коди К1 і К2, можна переміщати світиться ділянку.

У цій схемі є недолік. При зміні довжини світного ділянки та незмінній напрузі на виходах дешифраторів буде змінюватися робочий струм світлодіодів. Для збереження постійного робочого струму необхідно напруга живлення змінювати пропорційно довжині світного ділянки (рис.11). Довжина ділянки визначається різницею кодів К1 і К2, тому першим в схемі рис.11 встановлений вичітатель SUB (його можна виконати на мікросхемах типу К561ІП3 [4] або 4560 [5]). Код різниці в цифро-аналоговому перетворювачі (його можна виконати на резисторах по сітці R-2R [4]) перетворюється в напругу, яке подається як керуюче на УІП (керований джерело живлення). В якості УІП можна використовувати регульований стабілізатор КР142ЕН19 [6] з робочим струмом до 100 мА або LM317 (КР1157ЕН1) [7] з робочим струмом до 2 А. Зрозуміло, що це напруга потрібно подавати не на мікросхеми дешифраторів DD1, DD2, а на вихідні драйвери, підключені до виходів дешифраторів. Література

1. Нові ефективні світлодіоди фірми Agilent Technologies / / Радіокомпоненти. -2001. – N2. -C.9.

2. Мікросхеми тригерів і регістрів з потужними вихідними драйверами фірми Texas Instruments / / Радiоаматор-Елек-трик. -2001. – № 10. -C.14.

3. Зарубіжні мікросхеми для керування силовим обладнанням. -М.: Додека, 2000. – 288с.

4. Партала О.Н. Цифрова електроніка. – СПб.: Наука і техніка, 2000. – 208с.

5. Партала О.Н. Цифрові КМОП мікросхеми. – СПб.: Наука і техніка, 2001. – 396с.

6. Нові мікросхеми для блоків живлення / / Радюаматор. -2000. – № 12. – C.31.

7. Трехвиводние стабілізатори позитивного напруги LM117 / LM217/LM317 (КР1157ЕН1) / / Радюаматор. – 1998. – № 7. – C.31