Anche pilotare dei LED può essere una bella sfida. Impariamo a farlo bene.

A cosa serve un controller per pilotare dei LED? Cos'è un controller step-up? A queste domande di solito si cerca risposta quando si vuole iniziare a progettare in maniera completa, con criterio e sviluppando grandi competenze. Per questo oggi vi presentiamo STEVAL-ILL039V1, una scheda che vi darà tutti gli elementi che vi servono per approfondire concetti fondamentali per la progettazione fin dalle basi.

Il LED è probabilmente l'elemento più semplice con il quale si inizia ad avere a che fare quando si parla di elettronica e programmazione, soprattutto perché si tratta dell'interfaccia più semplice per comunicare un messaggio, che sia la fine di una trasmissione oppure l'invio di un comando o magari il cambio di stato del vostro sistema.
Qualunque sia il messaggio associato all'evento "accensione" (o analogamente allo spegnimento), anche questo semplice meccanismo ha delle regole e dei criteri.
Le applicazioni sono tantissime, dal campo automobilistico fino alla retroilluminazione dei display, passando per ciascun dispositivo portatile e tutte le applicazioni che hanno bisogno di illuminazione a qualsiasi titolo.
Ecco per quale motivo esistono integrati il cui scopo è quello di fornire un'alimentazione con un valore preciso, un riferimento costante ed affidabile. Tutto questo si fa inseguendo alcune caratteristiche fondamentali, tra cui l'alta efficienza, il footprint più piccolo possibile, la bassa rumorosità ed altre ancora.

Diversi sono i driver LED integrati che possono svolgere questa funzione e sono configurati come regolatori switching, ad esempio, con topologia Sepic oppure come buck regolatori o buck-boost.

Proprio in queste tipologie si collocano i regolatori boost, ovvero step-up, che generano alti valori di tensione, richiesti per il pilotaggio di più LED collegati in serie; questo garantisce una più alta efficienza ma anche una più bassa cifra di rumore.

La scheda

E ora che abbiamo capito tutto questo, possiamo passare alla scheda che vogliamo presentarvi oggi. Si tratta di una evaluation board davvero semplice e completa, il cui scopo è quello di dare subito uno strumento utile per provare un caso applicativo pilotando dei LED.

Il controller impiegato è l'STLDC08, targato ST Microelectronics. Il LED Driver STLDC08 si inserisce proprio in questa tipologia ed è ottimizzato per operare con batterie NiCd/NiMH oppure alcaline. La scheda è progettata per fungere da supporto a dispositivi portatili che siano alimentati da batterie di diversi formati, AA oppure AAA, così da fornire un valore di corrente costante a partire da una tensione d'ingresso anche variabile.

L'integrato è in grado di pilotare un MOSFET (a canale N) esterno, il che lo rende idoneo per un buon numero di applicazioni. Quando il dispositivo (in questo caso particolare la scheda ma, in generale, il dispositivo portatile di riferimento) viene connesso alla batteria, in fase di startup, oppure quando il pin EN è portato a valore alto, inizia la carica che porta il valore di tensione a 2VCC. Quando sono raggiunti gli 1.7 V, comincia un soft-start cycle: il MOSFET esterno viene commutato, il che consente la carica del condensatore d'uscita.
Una volta che il valore di tensione supera gli 1.9 V, il charge pump viene spento e la tensione scende a 0.
Quando poi l'uscita supera il valore di tensione del LED, la corrente inizia a scorrere ma a questo punto la tensione sul pin DRV è alta e questo consente al MOSFET di drenare la corrente necessaria.

La corrente che fluisce all'interno del LED viene fissata grazie all'utilizzo di un resistore connesso tra il pin di feedback, il 5 dell'integrato (denominato FB), e massa (GND). Per garantire una caduta di tensione costante viene previsto un anello di regolazione che mantiene un valore pari a 100 mV.

Dal momento che una delle figure di merito che abbiamo identificato è proprio il footprint, intrinsecamente connesso al package, sappiate che questo circuito integrato si presenta come un DFN10 (che ha dimensioni pari a 3 x 3 mm).

La protezione

Così come accade per qualsiasi generatore di corrente, la tensione d'uscita aumenta quando l'output arriva ad un alto valore di impedenza, oppure equivalentemente risulta disconnesso. Per evitare che il valore d'uscita ecceda il massimo accettabile, è prevista una protezione da sovratensione.
Non appena il valore supera la soglia, infatti, il convertitore smette di lavorare e il valore dell'uscita cala drasticamente. Così, non appena la tensione si porta ad un valore inferiore alla soglia, il convertitore riprende a funzionare.

Esiste un pin di enable; questo consente di disabilitare ed abilitare il dispositivo così come il controllo della luminosità dei LED, applicando, come dicevamo in apertura, un segnale PWM. Onde evitare emissione di luce instabile (flickers), la frequenza del segnale deve essere superiore a 120 Hz. Concordemente si intuisce che far variare il duty cycle altera il valore di luminosità prodotto.

Quando il pin PWMOUT ha valore pari a zero, la corrente si annulla immediatamente e l'energia che viene immagazzinata si scarica nella capacità d'uscita, un condensatore ceramico, il che causa l'aumento della tensione d'uscita.
Non appena il pin PWM torna ad avere un valore alto, si verifica un grosso sbalzo di corrente, uno spike, che rischia di creare un danno al LED e per evitarlo il controller è progettato per spegnersi automaticamente in maniera tale da creare una protezione efficace.
Di fatto lo spegnimento avviene con un certo ritardo per garantire che il pin FB sia alto durante il periodo di spegnimento. In queste condizioni di transizione la tensione di uscita è leggermente più bassa rispetto al valore "regolato" ma questo rappresenta l'elemento di garanzia rispetto allo spike.

Lo schematico

Tutti i dettagli funzionali di cui abbiamo parlato sono evidenti analizzando lo schematico, che viene riportato qui di seguito:

stldc08Le caratteristiche principali della scheda sono, dunque:

  • tensione d'ingresso compresa fra 0.8 e 3.6 V;
  • 2 LED d'uscita, 200 mA;
  • dimmer possibile tramite segnali PWM esterni.

Il prezzo della scheda è davvero concorrenziale, soprattutto pensando a cosa offre: € 70,99.

E ci sentiamo davvero di consigliarla perchè padroneggiare questi concetti ed il metodo di lavoro sulle schede vi sarà indispensabile e fondamentale anche per immaginare le vostre future applicazioni.

L'STLDC08 è disponibile a catalogo CONRAD con spedizione in 24 ore.

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