Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Mitronik
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Przetwornica step-down do zasilania LED 3W sterowana uP

Stefan_2000 01 Wrz 2008 14:45 9709 14
  • #1 01 Wrz 2008 14:45
    Stefan_2000
    Poziom 18  

    Witam,

    chciałbym zbudować prostą przetwornicę step-down (buck converter) do zasilania białego LEDa 3W. LED to Cree XLamp XR-E Q5 (Datasheet). Do zasilania chcę użyć 4 akumulatorków AA (NiMH).

    Moja wiedza jest bardzo mizerna, "wujek google" nie bardzo chciał mi pomóc, podpowiedział jedynie parę drobiazgów:

    Przetwornice impulsowe - topologie i właściwości
    Tutaj wyczytałem jaką przetwornicę potrzebuję :-)

    Sterownik Flagiusza
    czyli to co chcę zbudować

    AVR LED Booster
    Kolejny przykład

    Wątek na forum AVR Freaks
    Tutaj są przykładowe schematy przetwornic.

    Na podstawie powyższych linków zrobiłem schemat jak poniżej. Akumulatorki 4xAA dostarczą napięć od 4,0V do 5,8V, co jest akceptowalne dla większości mikrokontrolerów (na schemacie jest ATtiny26, który aż taki tolerancyjny nie jest). Jestem świadomy, że jest wiele dedykowanych scalonych przetwornic stworzonych do zasilania LEDów, ale ja chce pozostać przy µC, bo dzięki temu (wbudowanemu PWM) będę mógł stosunkowo łatwo regulować jasność (prąd płynący przez diodę) oraz tryby pracy (ciągłe świecenie, miganie, itp).

    Na schemacie Q1 to bliżej nieokreślony tranzystor MOSFET z kanałem typu P. Zastanawiam się nad odwróceniem układu, tak aby móc użyć tranzystora z kanałem typu N, ale wówczas opornik R3 musiałby być wpięty między dwa wejścia ADC, a nie do końca wiem jak to elegancko obsłużyć z poziomu µC. Wartości pozostałych elementów są dla mnie niewiadomą.

    Wiem, że są kalkulatory do obliczania wartości elementów do przetwornic (np. ten), ale znam za mało informacji, aby z niego skorzystać. Podstawowy problem, częstotliwość pracy, pdf mówi o 100kHz - 1MHz. Scalone przetwornice pracują z częstotliwością paruset kHz. Napięcie na wyjściu <4V, prąd diody <1A. Wg noty katalogowej dioda przy prawidlowym chłodzeniu wytrzymuje 1A prądu stałego, ale ja bym tej wartości nie chciał przekraczać w impulsach, żeby przypadkiem jej nie zniszczyć, poza tym ta dioda daje dużo światła już przy duzo niższych prądach.

    Czy zaproponowany przeze mnie schemat w ogole ma sens? Jakich użyć elementów?

    Z góry dziękuję za wszelkie podpowiedzi i pozdrawiam

    0 14
  • Mitronik
  • #2 01 Wrz 2008 15:14
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Błądzisz. Koszmarnie. Wynika to z Twojej niewiedzy.

    Robisz normalną przetwornicę (patrz spis treści działu) i jasnością sterujesz używając do tego celu wejścia ON/!OFF przetwornicy. Sterujesz PWM ze stosunkowo niską częstotliwością.

    0
  • #3 01 Wrz 2008 17:00
    Stefan_2000
    Poziom 18  

    Jestem świadomy swojej niewiedzy ;-)
    Spis treście przejrzałem, staram się odrobić ,,prace domową'' zanim zacznę zadawać pytania :-)

    Co to jest normalna przetwornica? Taka bazująca np. na LM2675M-ADJ (to akurat jest średni przykład, bo ona zbyt wysokie minimalne V_in) albo na MC34063A? O ile rozumiem ideę działania takich przetwornic, to one robią dokładnie to samo co ja chcę zrobić AVRkiem. Różnica jest taka, że dedykowane rozwiązania będą miały zdecydowanie lepszą stabilizację, która, przynajmniej moim zdaniem, do zasilania diody jest zbędna.

    Czemu moje podejście jest bardzo złe?

    0
  • #4 01 Wrz 2008 17:18
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Zrobiłem kilkadziesiąt przetwornic do LED 3W na LM2675M-ADJ. Ani jedna nie miała problemu z pracą na 4 akumulatorkach NiMH. A _rzeczywiste_ minimalne napięcie pracy znajdziesz na pierwszym i drugim wykresie na 7 stronie PDFa tego układu.

    Co do podejścia i dlaczego źle - z prostej przyczyny - w razie awarii na diodzie masz pełne napięcie. Nie lekceważ kontroli prądu diody - bez niej trwałość diod raptownie maleje. Programowo tego nie zrobisz.

    0
  • #5 01 Wrz 2008 23:54
    Stefan_2000
    Poziom 18  

    Mój błąd: dopiero później przejrzałem wykresy.

    Jestem świadomy, że w przypadku awarii sterowania na wyjściu przetwornicy step-down pojawia się pełne napięcie zasilania, ale czy scalone sterowniki przetwornic są aż tak niezawodne? Na pewno zawierają jakieś obwody zabezpieczające, które w moim przypadku realizowane były by programowo, ale jak widać np. tutaj na AVRach można zbudować i buduje się sterowniki do LEDów, gdzie µC odpowiada za kontrolę prądu diody.

    Faktem przemawiającym za użyciem LM2675M jest brak oscyloskopu pod ręką, który pozwoliłby na bezpieczne ,,zabawy'' z diodą. Odstrasza mnie montaż powierzchniowy, ale najwyższy czas się z nim zaprzyjaźnić :-)

    Do tematu użycia µC do sterowania przetwornicą i pomiaru prądu jeszcze wrócę, jak będę mieć własny oscyloskop. Jeżeli ktoś miałby jakieś przemyślenia w tym temacie albo znalazł gotowy projekt, to proszę piszcie.

    Dziękuję za pomoc i wskazanie prostszej drogi :-) Szkoda tylko, że nie wiem czy mój ,,genialny'' pomysł miał szansę zadziałać ;-)

    pozdrawiam

    0
  • Mitronik
  • #6 02 Wrz 2008 00:13
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Ależ miał szanse. Tylko jak długo?

    Zaprzęgać mikrokontroler do robienia czegoś, co układy specjalizowane robią same jest bez sensu. LM2675 pracuje z częstotliwością 260 kHz, pilnując prądu szczytowego (a nie tylko średniego!) na bieżąco i nie trzeba się martwić o watchdogi i inne zabezpieczenia. Wyobrażasz sobie w pełni programową obsługę przetwornicy pracującej z taką częstotliwością?

    0
  • #7 02 Wrz 2008 01:39
    Stefan_2000
    Poziom 18  

    -RoMan- napisał:
    Ależ miał szanse. Tylko jak długo?

    Do pierwszej ,,zwiechy'' procka, czyli do pierwszego błędu w programie ;-)

    Moim zdaniem ma to sens, jeden scalak mniej, zawsze to trochę taniej, zresztą µP są tańsze niż LM2675 (no chyba, że kiepsko szukam) poza tym możliwość większej kontroli, jakieś bajery typu soft-start.

    Piszesz, że LM2675 pilnuje prądu szczytowego i średniego. W jaki można to kontrolować? Jak można tym sterować?

    Bardzo pobieżna lektura noty katalogowej do ATmega8 (
    Link ) strona 198:
    Cytat:
    In Free Running mode, the ADC is constantly sampling and updating the ADC Data Register. (...) By default, the successive approximation circuitry requires an input clock frequency between 50
    kHz and 200 kHz to get maximum resolution. If a lower resolution than 10 bits is needed, the
    input clock frequency to the ADC can be higher than 200 kHz to get a higher sample rate.

    ale zaznaczam, że to pobieżna lektura i nie jestem znawcą mikrokontrolerów.

    Moim zdaniem można robić programowo to samo co specjalizowany układ: jeżeli napięcie na rezystorze do pomiaru prądu jest niższe niż zadany próg to zwiększamy wypełnienie, jeżeli za duże - zmniejszamy. Nie jestem w stanie ocenić na ile przy pomiarze prądu za pomocą wbudowanego ADC wynik byłby wartością średnią, a na ile chwilową.

    0
  • #8 02 Wrz 2008 01:40
    Quarz
    Poziom 43  

    Swego czasu w poście TAM wspomniałem o użyciu do zasilania SLED specjalizowanego układu AMC7150, który pozwala również na modulację PWM, a więc na regulację jasności świecenia - strona 10 w PDF podanym w drugiej lince.
    http://www.micro-bridge.com/AMC7150.asp
    Oczywiście, znamionowa wartość prądu dla SLEDa wyznaczona jest wartością rezystora Rsense.

    0
  • #9 05 Wrz 2008 14:00
    Stefan_2000
    Poziom 18  

    AMC7150 wygląda na trudno dostępny.

    Zastanawiam się w jakim stopniu uda mi się sterować jasnością diody za pośrednictwem wejścia ON/OFF przetwornicy. -RoMan- gdzieś w innym wątku wspominał o 100 Hz, w nocie katalogowej nie mogę znaleźć ani informacji jaki sygnał można podawać na tę nóżkę, ani jaki jest ,,czas startu'' przetwornicy (o ile można to tak nazwać).

    0
  • #10 05 Wrz 2008 14:36
    -RoMan-
    Poziom 42  

    Nie wiem, jaki jest czas startu. Wiem, że ludzie wykorzystywali wejście On/!Off skutecznie w ten właśnie sposób.

    0
  • #11 05 Wrz 2008 15:09
    Nemo
    Poziom 31  

    Swego czasu (jakieś pół roku temu) też miałem ambitny pomysł zrobienia przetwornicy do zasilania LED'a 3W na AVR'ku. Tyle, że chciałem do tego użyć Tiny2313 lub innego kurdupla. Moim nadrzędnym celem było nie wykonanie samego zasilacza do LED, ale zrobienie go takim, aby miał jak największą sprawność. Cóż, nie udało się. Zużyłem na to tylko trochę własnego czasu, resztę się do czegoś wykorzysta.

    Po porażce zwróciłem uwagę na LT3474 - sterownik LED'ów do 1A prądu. To prawda, jest drogi. Jednak moim zdaniem warty uwagi. Co do porównania go z LM2675 nie wypowiem się, bo nie miałem tego drugiego w ręku.

    Pozdrawiam.

    0
  • #12 05 Wrz 2008 15:55
    Stefan_2000
    Poziom 18  

    IHMO ATtiny2313 się średnio, do tego nadaje bo nie wewnętrznego ADC a bez tego ciężko mierzyć prąd diody. Pochwalisz się czemu ci się nie udało? Na czym się rozbiłeś?

    LT3474 wygląda ciekawie, ale na TME kosztuje ~17 zł netto co jak dla mnie podważa sens całej zabawy :-)

    pozdrawiam

    0
  • #13 07 Wrz 2008 00:50
    shg
    Specjalista techniki cyfrowej

    Stefan_2000 napisał:
    Bardzo pobieżna lektura noty katalogowej do ATmega8 (
    Link ) strona 198:
    Cytat:
    In Free Running mode, the ADC is constantly sampling and updating the ADC Data Register. (...) By default, the successive approximation circuitry requires an input clock frequency between 50
    kHz and 200 kHz to get maximum resolution. If a lower resolution than 10 bits is needed, the
    input clock frequency to the ADC can be higher than 200 kHz to get a higher sample rate.

    ale zaznaczam, że to pobieżna lektura i nie jestem znawcą mikrokontrolerów.

    Zbyt pobieżna niestety. Do przetworzenia jednej próbki potrzeba 13 cykli tego zegara, zatem ~15.38kHz, ale da się przetaktować kosztem zwiększenia poziomu szumów, wciąż jednak będzie wystarczająco dobry SNR żeby sterować prądem LEDa. Ograniczeniem jest pasmo przenoszenia części analogowej przetwornika (~38,5kHz).
    Prąd szczytowy da się monitorować za pomocą wbudowanego komparatora, czas reakcji poniżej 1µs - odcięcie przepływu prądu w procedurze obsługi przerwania.

    Stefan_2000 napisał:
    Nie jestem w stanie ocenić na ile przy pomiarze prądu za pomocą wbudowanego ADC wynik byłby wartością średnią, a na ile chwilową.

    Jak wyżej - tak jakbyś zastosował czas próbkowania równy 1,5 okresu sygnału zegarowego ADC do sygnału o pasmie częstotliwości ograniczonym do tych ~38,5kHz (-3dB), dalej opada 20dB/dekadę.

    ON/OFF można jak najbardziej użyć do sterowania jasnością za pomocą PWM. Czas startu zależny jest od indukcyjności i pojemności (chyba że ma jakiś soft-start), a przetwornica buck ma taką ciekawą właściwość, że w roli źródła prądowego może pracować bez kondensatora, kosztem niestety większych wahań prądu wyjściowego.

    0
  • #14 08 Wrz 2008 00:06
    Nemo
    Poziom 31  

    :arrow: stefan_2000: W pierwotnej wersji chciałem użyć nawet Tiny12, wybór Tiny2313 to raczej zasługa wyższej częstotliwości taktowania. Do regulacji prądu miał być użyty, jak pisze shg, komparator analogowy. Jednakże pomiar prądu na boczniku 0R1 nawet przy 0,7A daje zaledwie 70mV. Uznałem, że to za mało, zwłaszcza w odniesieniu do konieczności wykonania źródła referencyjnego o takim napięciu. No to wzmacniacz, a jak wzmacniacz, to drugi scalak. W końcu próbowałem kombinowanym generatorem, w którym nie było nawet mikrokontrolera, a jedynie sam komparator i generator. Okazało się, że choć układ zachowywał mniej więcej stałość prądu, tak wahania ustawień podczas zmian napięcia zasilającego (układ miał być docelowo zasilany akumulatorami Li-Ion) były zbyt wysokie. Po zużyciu sporej ilości czasu, odpuściłem i sięgnąłem po dedykowany stabilizator. Oszczędziłem czas.

    Pozdrawiam.

    0
  • #15 08 Wrz 2008 02:20
    Quarz
    Poziom 43  

    Stefan_2000 napisał:
    AMC7150 wygląda na trudno dostępny.
    Swego czasu na Alleniegro było kilkunastu sprzedawców, którzy sprzedawali wręcz hurtowo przetworniczki - w różnych wykonaniach - z tym układem i właśnie specjalizowane do SLED z nominalną wartością prądu 700mA.
    Testowałem trzy różne wykonania i wszystkie pod względem schematu identyczne, a każda przy zasilaniu z 12V akumulatora (żelowy 7Ah) pozwalała zasilać trzy połączone szeregowo białe SLEDy produkcji Edixeon™ (Edison Opto Corporation) typu; EDSW-3LAx.

    0