Di Ali Salih, Design Engineering Director – Divisione Prodotti Standard, ON Semiconductor
Le correnti attualmente utilizzate nelle più recenti applicazioni automobilistiche, per retroilluminazione, segnaletica e illuminazione architettonica sono tipicamente nella gamma da 10 mA a 30 mA. Questo intervallo è ben all’interno della gamma di intensità offerta dai regolatori a corrente costante, che offrono correnti nominali fino a circa 350 mA con livelli intermedi di 60 mA e 160 mA. Oltre a una accuratezza di corrente estremamente stretta, la tecnologia dei regolatori a corrente costante ha consentito di ridurre il coefficiente termico di circa il 60% rispetto ai tradizionali regolatori a transistor. Questa uniformità consente all’impianto di illuminazione finale di avere una luminosità molto uniforme persino su pannelli estesi costituiti da lunghe stringhe di LED. In talune applicazioni speciali in cui si richiede un’uniformità molto precisa o uno specifico grado di luminosità è possibile che occorra selezionare i LED. Se questo è il caso, i driver LED dei regolatori a corrente costante accettano regolazioni in corrente al fine di ottimizzare la luminosità prodotta. La struttura intrinseca dei regolatori a corrente costante consente di impostare con precisione la corrente partendo da un ampia dinamica di tensioni di ingresso (da 3 V a oltre 40 V). Una tensione di accensione inferiore a 2 V può essere un vantaggio in diverse applicazioni: un valido esempio è rappresentato dagli indicatori di batteria scarica negli autoveicoli.
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Figura 1 Prestazioni di un regolatore a corrente costante (CCR) rispetto ai tradizionali FET e resistore di polarizzazione |
Il caso a 28 mA mostra che il resistore è efficace solo in un singolo punto (14 V), per tensioni inferiori a 14 V si abbassa la luminosità e oltre i 14 V la corrente è elevata, il che produce una luminosità variabile e può compromettere l’affidabilità dei LED. Il tradizionale FET offre qualche possibilità di regolazione, ma la variazione di corrente è pari a 6 mA (20%) con il package e la scheda utilizzati. Contemporaneamente, il regolatore a corrente costante mostra una regolazione stabile della corrente con una variazione di soli 2 mA nello spazio delle tensioni di ammesse oltre i 10 V. Il piccolo coefficiente negativo è una caratteristica voluta, finalizzata ad offrire ai LED una forma di protezione dalle sovracorrenti. Il coefficiente di regolazione può essere progettato su misura per consentire un piccolo aumento di corrente in grado di compensare la riduzione della luminosità dei LED a temperature elevate. |
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A fianco si illustra come la corrente di regolazione costante di un regolatore a corrente costante e mostra l’accensione a bassa tensione nonché una corrente uniforme al variare della tensione per dispositivi da 60 mA e 100 mA. Il piccolo aumento di corrente è dovuto all’influenza del dissipatore termico che è sufficiente a compensare l’autoriscaldamento nel caso specifico in esame. |
Figura 2 Corrente di regolazione costante del CCR che mostra un’accensione a bassa tensione e una corrente uniforme al variare della tensione per dispositivi da 60 mA e da 100 mA |
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Figura 3 Differenza nel coefficiente termico dei nuovi regolatori a corrente costante rispetto ai tradizionali regolatori a FET |
La riduzione del coefficiente termico con i regolatori a corrente costante qui descritti viene qui presentata: i tradizionali FET vengono posti a confronto con due tipi di regolatori a corrente costante. Il coefficiente termico (TC) dei normali FET nello stesso package è circa uguale a 0,17 mA/_C, mentre il TC del regolatore a corrente costante si riduce a circa 0,07 mA/_C e ulteriormente a 0,045 mA/_C. Questa riduzione superiore al 60% del coefficiente termico fino a soli 35 _A/_C è resa possibile grazie alla presenza di elementi di progetto integrati nel chip monolitico del regolatore a corrente costante CCR. Il piccolo valore del coefficiente termico scelto nel progetto di questi nuovi regolatori a corrente costante è estremamente utile per mantenere la corrente stabile su un ampio intervallo di temperature operative. |
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Si illustra l’eleganza e la semplificazione progettuale chesi possono ottenere utilizzando i regolatori a corrente costante nell’illuminazione interna ed esterna. In questo caso, i LED vengono alimentati direttamente dalla rete in alternata attraverso un normale ponte di diodi mentre l’uniformità della corrente viene garantita da un unico regolatore a corrente costante. Con una tensione alternata da 110 V, è possibile collegare in serie da 30 a 40 regolatori a corrente costante; a 220 V, una serie di 60-80 LED fornisce un’illuminazione molto intensa. Nei limiti della semplicità circuitale e della capacità di risparmio di spazio dei regolatori a corrente costante, è possibile produrre pannelli luminosi molto sottili e piatti. La capacità di illuminazione di una stringa di LED da 60 mA alimentata a 100 VAC è analoga a quella di una tradizionale lampada a incandescenza da 60 W, ma consuma un decimo della potenza e praticamente non genera calore. |
Figura 4 Un sistema di illuminazione a LED alimentato direttamente dalla rete elettrica in alternata e pilotato da un unico circuito di pilotaggio per LED con singolo regolatore a corrente costante |
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