Alimentations pour écrans LCD et LED. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Les indicateurs d'affichage à cristaux liquides (LCD) et les affichages basés sur des diodes électroluminescentes (DEL) peuvent être actionnés à partir d'alimentations électriques conventionnelles. Cependant, ce n'est pas la meilleure façon de fournir de l'énergie. Ci-dessous seront présentées les options de mise sous tension à l'aide de microcircuits spécialisés - régulateurs de tension, qui sont produits par MAXIM.

Utilisation d'un potentiomètre numérique pour régler le rétroéclairage LED

Le potentiomètre programmable à 5 chiffres DS 1050 est produit comme élément principal du modulateur de largeur d'impulsion (PWM). Modifiez la largeur d'impulsion de 0 à 100 % par pas de 3, 125 %. Le potentiomètre est commandé par une interface série à deux fils compatible avec I²C, adressant jusqu'à huit DS 1050 sur un bus bifilaire. La solution de circuit pour contrôler la luminosité du rétroéclairage LED de l'affichage à cristaux liquides est illustrée à la fig. une.

Fig. 1.

Ce circuit n'est pas conçu pour contrôler la tension de contraste LCD. L'afficheur 20x4 caractères utilisé dans cet exemple, type DMC 20481 d'Optrex, a un rétroéclairage LED jaune-vert. La chute de tension directe à travers les LED est de 4,1 volts et le courant direct maximal est de 260 mA.

En modifiant le rapport cyclique du modulateur de largeur d'impulsion, modifiant ainsi la puissance d'entrée des LED. Lorsque l'impulsion correspond à 100% du temps de cycle du mode, nous avons l'alimentation maximale et, par conséquent, la luminosité maximale de la lueur. Inversement, lorsque la dynamique du cycle est de 0 %, la luminosité de la lueur est également nulle.

Le contrôle du modulateur PWM est assez simple. La seule exigence est que les LED ne clignotent pas. Nos yeux ne peuvent pas voir les clignements à des fréquences de 30 Hz et plus. Le DS1050 "le plus lent" fonctionne à 1 kHz. C'est tout à fait suffisant pour l'observation visuelle et la minimisation du rayonnement électromagnétique. Le transistor MOS Q1 doit être sélectionné de manière à pouvoir être piloté directement par un modulateur de largeur d'impulsion 5V dont la tension varie de la masse à V_cc. Le rapport cyclique PWM par défaut à la mise sous tension est de 2. Le transistor piloté PWM Q1 peut commuter les 260 mA requis pour le rétroéclairage LED. La tension de seuil de grille du transistor Q1 est de 2 à 4 volts. La diode D1 de type 1N4001 est utilisée pour abaisser Vcc à 4,3 volts, ce qui est inférieur à la chute de tension directe maximale des LED. La résistance au lieu de la diode spécifiée n'est pas utilisée en raison de la dissipation de puissance élevée. Pour fermer de manière fiable le MOSFET, une résistance R3 est installée, ce qui élimine le mode de grille "flottante" de Q1.

Le condensateur C1 est utilisé comme filtre de puissance, doit bien fonctionner à haute fréquence et est installé le plus près possible des bornes de U1, avec une distance minimale à la source d'alimentation.

Le potentiomètre numérique DS 1050 - 001 est réglé par le matériel avec l'adresse A=000. Le programme du microcontrôleur type 8051 se trouve dans l'annexe de la "Note d'application 163" sur le site Internet de MAXIM.

Pour contrôler le contraste des écrans à cristaux liquides (LCD), à la place des potentiomètres mécaniques traditionnels, il est proposé d'utiliser un potentiomètre numérique tel que DS1668/1669 Dallastats ou DS 1803. Les appareils DS1668/1669 ont été choisis car ils fournissent à la fois des et le contrôle par microcontrôleur du contact du collecteur de courant. Il est également important que ces appareils disposent d'une mémoire interne non volatile qui permet de sauvegarder la position du collecteur de courant sans alimentation. Sur la fig. La figure 2 montre un schéma de contrôle du contraste LCD à l'aide d'un potentiomètre numérique DS 1669.

Riz. 2. .

Bien entendu, un double potentiomètre numérique de type DS 1803 peut également être utilisé ici.

Le module à cristaux liquides (LCM) est alimenté en 5 volts. La même tension est fournie au DS 1669, dont la résistance est de 10 kOhm. La borne du collecteur de courant est connectée directement à l'entrée d'alimentation V_o Pilote LCM.

L'utilisation d'un potentiomètre numérique vous permet de réduire la taille de l'appareil, d'augmenter considérablement la durabilité et de transférer le contrôle au microcontrôleur du système.

Eh bien, revenons maintenant au contrôle des LED. Avec la popularité croissante des écrans à cristaux liquides couleur dans les téléphones portables, les PDA, les appareils photo numériques, etc., les LED blanches deviennent des sources lumineuses populaires.

La lumière blanche peut être fournie par des lampes fluorescentes à cathode froide (CCFLS) ou des LED blanches. En raison de sa taille, de sa complexité et de son coût élevé, le CCFLS a longtemps été la seule source de blanc. Mais maintenant, ils perdent du terrain au profit des LED blanches. Ils ne nécessitent pas de haute tension (200 - 500 VAC) et un gros transformateur pour produire cette tension. Et bien que la chute de tension directe sur une LED blanche (3 à 4V) soit plus élevée que sur une rouge (1,8V) ou verte (2,2 - 2,4V), elles nécessitent tout de même des alimentations assez simples. La luminosité d'une LED blanche est contrôlée en modifiant le courant qui la traverse. La pleine luminosité se produit à 20 mA. Lorsque le courant traversant la LED diminue, la luminosité diminue. Les appareils photo numériques et les téléphones portables nécessitent généralement 2 à 3 LED. Il peut y avoir 2 façons de regrouper les LED : parallèle et série.

Lorsque les LED sont connectées en série, le courant traversant chacune sera garanti identique. Mais une telle inclusion nécessite une tension plus élevée qu'avec une connexion en parallèle. Lorsqu'il est connecté en parallèle, la tension est approximativement égale à la chute de tension directe sur une seule LED au lieu de la chute de tension sur toute la rangée de LED. Cependant, la luminosité des diodes peut être différente en raison de la propagation de la chute de tension directe sur les LED, donc des courants différents, si elles ne sont pas régulées. La tension de la batterie dans la plupart des cas n'est pas suffisante pour allumer la LED blanche, il faut donc utiliser un convertisseur DC/DC. Dans ce cas, la connexion parallèle des LED est souhaitable, car les convertisseurs CC / CC sont les plus efficaces avec un petit rapport entre la tension de sortie accrue et la tension d'entrée.

Connexion parallèle des LED

Il existe trois manières principales de connecter des LED en parallèle, comme illustré à la fig. 3.

Fig. 3.

1. Régulation de courant indépendante à travers chaque diode.
2. Les courants sont régulés par des résistances de ballast à partir d'une source régulée en tension correspondant à la chute de tension directe à travers la LED.
3. À partir d'une source à courant réglable, une tension est obtenue égale à la chute de tension à travers la LED et la résistance réglables, et à l'aide de résistances de ballast, le courant à travers les LED restantes est régulé.

Examinons de plus près ces options.

Un moyen simple de contrôler le courant traversant les LED consiste à utiliser une puce spécialement conçue à cet effet. Le circuit de commutation est illustré à la fig. 4. Voici une puce MAX1916 bon marché qui vous permet de régler le courant à travers 3 LED blanches. La précision absolue du courant est de 10 % et les courants traversant les LED ne diffèrent pas de plus de 0,3 %. C'est la caractéristique la plus importante, car le flux lumineux de chaque LED doit être le même. À pleine luminosité, le courant traversant la LED est de 20 mA. Dans ce cas, 225 mV suffisent, dépassant la chute de tension aux bornes des LED, pour que le microcircuit maintienne la valeur de courant définie. Le réglage du courant à travers les LED se fait à l'aide de la résistance R_set. L'équation pour calculer le courant est la suivante.

où:
I_LED - courant traversant la LED [mA]
230 - facteur de conversion de puce
U_ande - tension de sortie du régulateur
U_set = 1 215 V
R_set -résistance installée entre la sortie du régulateur et l'entrée du SET MAX1916 (kΩ).

Fig. 4.

Le courant absolu doit également être contrôlé, mais la luminosité changera en général pour l'ensemble de l'appareil (par exemple, un écran de téléphone). Le changement de luminosité peut être obtenu en appliquant à l'entrée de validation (EN) de la puce un signal de modulation de largeur d'impulsion. La luminosité maximale sera à 100% de largeur d'impulsion et à 0% - la LED ne brille pas.

Cette méthode de commutation est moins précise, car les courants individuels traversant chaque LED ne sont pas régulés. Comment peut-on augmenter la précision absolue des courants circulant et s'y adaptant à travers chaque diode ?

Le courant traversant la LED est calculé par la formule :

I_LED = (V_ande - V_d)/R

En raison des variations de production, même aux mêmes courants, la chute de tension continue aux bornes de la LED (V_d) peut être différent. Vous pouvez écrire le rapport de deux courants à travers 2 diodes

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

En tenant compte du fait que les résistances ont une grande précision (c'est acceptable), nous avons :

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

Il s'ensuit que le rapport (différence) des courants traversant les diodes est d'autant plus petit que la tension de sortie de la source d'alimentation est élevée. Il faut garder à l'esprit que la convergence des valeurs des courants à travers les LED se paie par une consommation électrique plus élevée. On peut donc préconiser une tension en sortie du régulateur égale à 5 volts.

Pour obtenir une telle tension, vous pouvez utiliser des convertisseurs simples tels que MAX 1595 (U_O = 5V, je_O = 125 mA), ou utilisez des transmetteurs à sortie variable MAX1759. Ainsi, en modifiant la tension de sortie du régulateur, il est possible de corriger les courants dans les LED au niveau souhaité (par exemple, 20 mA). S'il n'est pas possible de corriger le courant en ajustant la tension à la sortie de l'alimentation, des résistances et des transistors MOS sont placés en parallèle avec les résistances de ballast R1a: R3a, comme illustré à la Fig. 5. En allumant et en éteignant les transistors MOS avec un niveau logique, vous pouvez connecter ou déconnecter des résistances supplémentaires R1v : .R3v, modifiant ainsi la valeur de la résistance de ballast.

Fig. 5.

Utilisation d'un convertisseur avec courant de sortie réglable. Sur la fig. La figure 3c montre le principe d'utilisation d'un convertisseur de courant à sortie variable. Dans ce scénario, le courant traversant l'une des diodes (fig. 3c - D1) est converti en une chute de tension aux bornes de la résistance R1 et c'est cette tension qui est maintenue par le convertisseur. Le convertisseur peut être un type clé, des condensateurs commutés ou un régulateur linéaire.

L'équation du courant traversant la LED est la même que ci-dessus.

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

Mais dans ce cas V_ande non réglable, mais I1 est réglable et sa valeur est

I1 = V_d'oc /R1(2)

où: V_d'oc - tension de contre-réaction prélevée sur la résistance R1.

Étant donné que le courant d'une seule diode est régulé, les différentes chutes de tension directe à travers les LED peuvent faire circuler différents courants à travers elles. Dans ce cas, vous pouvez utiliser ce qui suit. Nous divisons la résistance en 2 parties: R1 \u1d R1A + R1B et la remplaçons dans l'équation (1), et remplaçons la valeur de R2 dans l'équation (1) par R2B. R3 et R1 ne nécessitent pas de division de résistance. Leurs valeurs doivent être égales à R1A + R1B. Maintenant, la sortie du régulateur maintiendra une tension déterminée par la chute de tension aux bornes de la résistance R6B, comme indiqué sur la fig. 1. Si le réglage de R1B est égal à la tension de RXNUMX, alors l'amplificateur d'erreur restera dans le même état, la tension de sortie du régulateur augmentera, ce qui assurera l'adaptation des courants à travers chaque LED.

Fig. 6.

Commutation séquentielle des LED

Le principal avantage de connecter des LED dans une chaîne en série est que le même courant traverse toutes les diodes et que la luminosité de la lueur est la même. L'inconvénient de cette inclusion : une tension plus élevée est nécessaire, car la chute de tension sur chaque LED est sommée. Même 3 LED blanches nécessitent 9 à 12 volts. Habituellement, les régulateurs clés sont utilisés pour une telle inclusion, en tant que convertisseurs les plus efficaces à ces fins. La figure 7 montre le schéma de connexion du régulateur à clé MAX 1848, conçu pour contrôler trois LED blanches connectées en série. L'appareil peut être alimenté de 2,6 à 5,5 volts avec une tension de sortie allant jusqu'à 13 volts. La plage d'entrée est conçue pour une batterie Li-ion ou 3 batteries NiCD/NiMH. La fréquence de fonctionnement du régulateur est de 1,2 MHz, ce qui permet l'utilisation de composants externes aux dimensions minimales. La sortie est un signal PWM. La surtension est redressée et transmise aux LED. Le courant traversant les LED, et donc la luminosité, peut être ajusté à l'aide d'une tension échantillonnée par DAC ou d'un signal PWM filtré appliqué à l'entrée CTRL du MAX 1848. Le MAX 1848 est jusqu'à 87 % efficace avec les LED.

Fig. 7

Pour les grands écrans nécessitant de nombreuses LED, le contrôleur de touches MAX 1698 peut être utilisé (voir Figure 8). Le microcircuit peut fonctionner à partir d'une tension d'entrée de seulement 0,8 volts et la tension de sortie est limitée par la tension de fonctionnement d'un MOSFET à canal n externe. Une tension de rétroaction faible, jusqu'à 300 mV (broche FB) contribue à l'efficacité maximale du circuit, qui atteint 90 %. La luminosité de la LED est réglée à l'aide d'un potentiomètre, dans lequel la brosse est connectée à la broche ADJ du microcircuit. Le potentiomètre peut être utilisé à la fois analogique et numérique.

Fig. 8

Bien sûr, le nombre de puces utilisées pour alimenter et rétro-éclairer les écrans à cristaux liquides et à LED ne se limite pas aux noms présentés dans l'article. Si le lecteur souhaite sélectionner les microcircuits nécessaires à son cas particulier, rien de plus simple que d'entrer sur le site maxim-ic.com et de se familiariser avec les caractéristiques des produits qui s'y trouvent.

Matériel d'information utilisé de la société MAXIM.

Auteur : A. Shitikov ; Publication : radioradar.net

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