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

Prosta przetwornica do zasilania diod LED

Kubald 06 Gru 2012 22:56 33051 30
  • Prosta przetwornica do zasilania diod LED

    Diody LED wysokiej mocy, powyżej 1W, są dzisiaj całkiem niedrogie, dlatego wielu elektroników wykorzystuje je jako wygodne źródła światła w swoich projektach. Autor niniejszej przetwornicy zorientował się jednak, że dopasowanie odpowiedniego źródła zasilania do diod nie jest tak proste – dostępne są komercyjnie zasilacze do diod, lecz te, o ile są wygodne w użyciu, zwykle też mogą być zbyt zaawansowane do prostych zastosowań lub mało elastyczne w użyciu. Niektóre rozwiązania proszą się o proste źródło zasilania. Stąd zrodził się pomysł zaprojektowania niniejszej przetwornicy impulsowej stałoprądowej, dedykowanej do zasilania diod LED; przetwornicy zbudowanej w oparciu o łatwo dostępne elementy w technologii przewlekanej, bez specjalizowanych układów czy mikroprocesorów.

    Prosta przetwornica do zasilania diod LED

    Nawet jeśli sam układ jest minimalistyczny, pozwala na pełną regulację prądu i zastosowanie go jako ściemniacza oraz został wyposażony w wejście PWM sterujące wyjściem przetwornicy. Czyni to urządzenie doskonałym do pracy pod kontrolą mikroprocesora lub platformy Arduino – można kontrolować wiele diod LED jednym procesorem, generującym jedynie sygnał PWM.

    Podstawowe cechy przetwornicy to:

    • Wysoka wydajność i szeroki zakres napięć zasilania (5-20 V), co pozwala na pracę z baterią bądź zasilaczem sieciowym.
    • Ogranicznik prądowy typu cycle-by-cycle.
    • Regulacja prądu wyjściowego do 1 A przy użyciu potencjometru.
    • 15 W maksymalnej mocy wyjściowej (przy zasilaniu 20 V i przyłączonych pięciu 3-watowych diodach).
    • Zabezpieczenie przed zwarciem wyjścia.
    • Wejście PWM sterujące wyjściem przetwornicy.
    • Kompaktowe rozmiary – ok. 2,5 x 3,5 x 1,5 cm.


    Prosta przetwornica do zasilania diod LED

    Cały układ przetwornicy został zbudowany w oparciu o bardzo popularny układ podwójnego komparatora: LM393 i ma topologię przetwornicy typu buck. Prąd płynący przez diody LED przepływa także przez rezystory R10 i R11; spadek napięcia na nich jest równy płynącemu prądowi zgodnie z prawem Ohma. Napięcie to porównywane jest w komparatorze z napięciem odniesienia. Kiedy tranzystor Q3 jest otwarty, prąd płynie przez cewkę, diody LED i rezystory. Obecność cewki nie pozwala na gwałtowny skok prądu, rośnie on stopniowo. Wraz ze wzrostem wartości prądu rośnie też napięcie na wejściu odwracającym komparatora. Kiedy jego wartość przekroczy wartość napięcia odniesienia, na wyjściu komparatora pojawi się napięcie, co spowoduje zatkanie tranzystora Q3 i zatrzymanie przepływu prądu przez cewkę. Ponieważ jednak w cewce gromadzi się pewien zapas energii, prąd nie przestaje płynąć w momencie. Przepływa on nadal przez diodę Schottky’ego D3 i zasila nadal diody LED, lecz jego wartość stopniowo spada – spada więc też napięcie podawane na komparator. Jeśli będzie ono niższe od zadanej wartości napięcia odniesienia, tranzystor Q3 zostanie ponownie otwarty i cykl powtórzy się. Taki sposób określa się mianem ogranicznika prądowego „cycle-by-cycle” (jest to jednocześnie rozwiązanie zapobiegające uszkodzeniom na skutek zwarcia wyjść).





    Opisany powyżej cykl trwa bardzo krótko – powtarza się nawet 500 000 razy na sekundę (zmiany częstotliwości pracy przetwornicy zależą od wartości napięcia zasilania przetwornicy i prądu oraz napięcia wstecznego diod; jednakowoż częstotliwość pracy leży w zakresie 100-500 kHz).

    Napięcie odniesienia generowane jest za pomocą zwykłej diody – spadek napięcia na niej wynosi ok. 0,7 V i jest relatywnie stały. Potencjometr służy do dokładniej regulacji napięcia, dzięki czemu uzyskuje się regulację prądu wyjściowego w zakresie 9-100%. Jest to niewiele w porównaniu z prawdziwymi układami ściemniaczy, ale może okazać się całkiem przydatne w przypadku używania niniejszej przetwornicy – w momencie, kiedy zastosowane diody LED okazują się za jasne, można nieco zmniejszyć prąd je zasilający i przez to dostosować jasność. Rzecz jasna, potencjometr jest opcjonalnym elementem i można go zastąpić opornikiem, jeśli nie jest konieczna regulacja prądu.
    Dużą zaletą tego typu przetwornicy jest fakt, że można zmniejszać prąd wyjściowy bez marnowania nadmiaru energii. Pobór prądu z zasilacza jest prawie dokładnie taki, ile wynosi prąd pobierany z wyjścia przetwornicy, nie licząc niewielkich strat na oporach i innych czynnikach. Przetwornice tego typu cechują się również dużą sprawnością, ponad 90%, a opisywana nie nagrzewa się w czasie pracy, dlatego stosowanie radiatora jest zbędne.

    Ustalanie zakresu prądowego przetwornicy odbywa się za pomocą doboru dwu rezystorów – R2 oraz R11. Na każdym zakresie możliwa jest dokładna regulacja prądu potencjometrem.

    Przetwornica została także wyposażona w wejście sterujące PWM. O ile podstawowe funkcje przetwornicy wymagałyby użycia tylko jednego komparatora, drugi zawarty w układzie LM393 posłużył do stworzenia możliwości sterowania wyjściem za pomocą sygnału PWM. Z drugiego komparatora stworzono bramkę AND, więc dodatnie zbocze sygnału powoduje zasilenie diod LED. Wejście sterujące może zostać także niepodłączone, przetwornica będzie spełniała swoje podstawowe funkcje. Należy pamiętać, że prąd wyjściowy – oprócz sygnału PWM – zależy od ustawienia potencjometru. Górny limit częstości sygnału PWM wynosi 2 kHz, autor zaleca jednak sterowanie sygnałami do 1 kHz.

    Prosta przetwornica do zasilania diod LED

    Przetwornica nie wymaga uruchamiania i działa od razu po zmontowaniu. Na stronie projektu można znaleźć szczegóły dotyczące konfiguracji zakresu prądu wyjściowego i wyboru elementów do budowy urządzenia, a także wzory płytki drukowanej.


    Fajne!
  • ambtechnic
  • #2 07 Gru 2012 08:45
    szaro
    Poziom 19  

    Ciekawe jaka jest sprawność takiej przetwornicy.

  • #3 07 Gru 2012 08:54
    oskar777

    Poziom 25  

    Nawet jak by nie była super duża to wszystko jest dostępne, układ nie jest zbudowany na mało niedostępnym scalaku, bądź bardziej dostępnym ale "owianym" tajemnicą na forum.
    Pewnie też nie będzie problemu ustawić je na 3A dla XML`a

  • #4 07 Gru 2012 12:07
    necroorcen
    Poziom 10  

    Fajny układ, tylko jedna sprawa...

    Kubald napisał:
    Ponieważ jednak w cewce gromadzi się pewien ładunek


    Od kiedy w cewce gromadzi się ładunek?

  • #5 07 Gru 2012 12:54
    Kubald
    Poziom 15  

    Skrót myślowy, dość niefortunny. Zmieniłem "ładunek" na "zapas energii". :-)

  • #6 07 Gru 2012 14:53
    komatssu
    Poziom 28  

    Gwoli ścisłości - energia ta jest gromadzona w polu magnetycznym otaczającym cewkę.

  • #7 07 Gru 2012 17:18
    wolodiej1
    Poziom 12  

    Sprawność można sobie policzyć dla 1W będzie to jakieś 70%, dla 3W 83%
    Jak dla mnie to zakres prądu powinien być jednak regulowany potencjometrem, szczególnie góra. Projekt aż się prosi o SMD :)

  • ambtechnic
  • #8 07 Gru 2012 19:34
    c4r0
    Poziom 36  

    Fajnie byłoby zobaczyć porównanie parametrów (w tym sprawności) z tego typu przetwornicą zbudowaną na jakimś standardowym, dedykowanym scalaku.

  • #9 07 Gru 2012 20:03
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Ja robiłem źródła prądowe miedzy innymi na RT8250 i MC34063, czyli nie na specjalizowanych układach.
    Przy MC34063 osiągałem sprawność ok. 70-76%, czyli marną. A na RT8250 sprawność przekraczała 90%, było to ok 92-94%.
    Jeżeli będę miał czas to spróbuje jutro poskładać ten układzik i wypróbować.

  • #10 07 Gru 2012 20:18
    c4r0
    Poziom 36  

    To są specjalizowane do przetwornic układy, w w przeciwieństwie do wzmacniacza operacyjnego zastosowanego w przestawionym projekcie.

  • #14 08 Gru 2012 21:46
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Prosta przetwornica do zasilania diod LED Prosta przetwornica do zasilania diod LED

    Zrobiłem parę testów i sprawność jest kiepska 71-77%.

    Przy zasilaniu 12V i obciążeniu 0,7A ok.71%
    Przy zasilaniu 5V i obciążeniu 0,7A ok.73%
    Przy zasilaniu 5V i obciążeniu 0,32A ok.74%
    Przy zasilaniu 12V i obciążeniu 0,4A ok.77%

    Przy zasilaniu 24V i obciążeniu 0,5A ok.71%
    Przy zasilaniu 24V i obciążeniu 0,7A ok.70%


    A na wyjściu jest takie coś:
    Prosta przetwornica do zasilania diod LED

  • #16 09 Gru 2012 14:21
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    oskar777 napisał:
    do zwiększenia prądu powyżej 0.7A trzeba zmienić wartości R2, R11, Q3 ? czy coś jeszcze
    Ja zamiast R10 i R11 dałem jeden rezystor 0,47om, R2 dałem 1,5Kom i regulacja jest znacznie powyżej 0,7A, testowałem na diodzie 3W więc nie chciałem jej nadwyrężać.
    Q3 nie ma większego znaczenia, większość mosfetów spełni warunki mogą być to nawet popularne IRF9xxx, większość z nich ma prąd drenu powyżej 2A, a i Vgs(th) maja poniżej 4V, więc spełniają warunki autora.
    Jedynie dławik L1 ma znaczenie musi być przystosowany do prądu powyżej 0,7A.
    Q1 i Q2 zastosowałem popularne BC546 i BC556, ale trzeba pamiętać że mają odwrotnie ułożone wyprowadzenia jak te zastosowane przez autora.

  • #17 10 Gru 2012 07:22
    Villen
    Poziom 21  

    A ja mam pytanie z innej beczki, dotyczące tego układu.

    Czy da radę on zasilić prądem 500-700mA moduł led o mocy 5W i spadku napięcia (wg noty katalogowej) 6-6.2V przy zasilaniu napięciem 7.2V? Czy jednak w przypadku tak niskiego napięcia zasilania trzeba stosować specjalizowany układ?

  • #18 10 Gru 2012 08:11
    Paraclitus
    Poziom 15  

    joy_pl napisał:
    oskar777 napisał:
    do zwiększenia prądu powyżej 0.7A trzeba zmienić wartości R2, R11, Q3 ? czy coś jeszcze
    Ja zamiast R10 i R11 dałem jeden rezystor 0,47om, R2 dałem 1,5Kom i regulacja jest znacznie powyżej 0,7A, testowałem na diodzie 3W więc nie chciałem jej nadwyrężać.
    Q3 nie ma większego znaczenia, większość mosfetów spełni warunki mogą być to nawet popularne IRF9xxx, większość z nich ma prąd drenu powyżej 2A, a i Vgs(th) maja poniżej 4V, więc spełniają warunki autora.
    Jedynie dławik L1 ma znaczenie musi być przystosowany do prądu powyżej 0,7A.
    Q1 i Q2 zastosowałem popularne BC546 i BC556, ale trzeba pamiętać że mają odwrotnie ułożone wyprowadzenia jak te zastosowane przez autora.


    Jaki zastosowałeś dławik i jaką częstotliwość PWM ?

    Villen napisał:
    A ja mam pytanie z innej beczki, dotyczące tego układu.

    Czy da radę on zasilić prądem 500-700mA moduł led o mocy 5W i spadku napięcia (wg noty katalogowej) 6-6.2V przy zasilaniu napięciem 7.2V? Czy jednak w przypadku tak niskiego napięcia zasilania trzeba stosować specjalizowany układ?


    Przy takiej różnicy napięcia to lepszy będzie rezystor - sprawność wcale nie jest taka niska zakładając 6.2V i 7.2V wychodzi ponad 86% (pytanie tylko czy to 7.2V masz stabilizowane). A na stronie projektu masz tabelę opracowaną przez autora i pisze tam 2 LEDY (6V) - napięcie zasilania minimum 9V.

    Prosta przetwornica do zasilania diod LED

  • #19 10 Gru 2012 23:08
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Paraclitus napisał:
    Jaki zastosowałeś dławik i jaką częstotliwość PWM ?
    Dławik 47uH i 100uH ale przy 47uH nie chciał ruszać przy 5V, więc pomiary były przy dławiku 100uH. częstotliwość można wyliczyć ze zdjęcia które umieściłem i jest zależna miedzy innymi od prądu jaki ustawimy...

  • #20 10 Gru 2012 23:55
    tomdu
    Poziom 10  

    Czy tranzystory Q1,Q2 są konieczne? czy mozna zastosować mosfet n-kanałowy?

  • #21 11 Gru 2012 10:40
    Paraclitus
    Poziom 15  

    Q1 i Q2 są konieczne. Tutaj moja propozycja dla N-mosfeta:
    Prosta przetwornica do zasilania diod LED

    Trzeba jeszcze zamienić wejścia w komparatorze IC1 2/2
    Wykres A na pomiarze prądu z układu oryginalnego.
    Wykres B na pomiarze prądu z układu powyżej.

    Najlepiej byłoby sprawdzić działanie w microcapie właśnie ze względu na tą zmianę.

    PS LM2672 ma bardzo podobną częstotliwość pracy 260kHz typowo
    pdf LM2672 na stronie 13 jest dobór cewki.

  • #22 11 Gru 2012 10:45
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    tomdu napisał:
    czy mozna zastosować mosfet n-kanałowy?
    Nie.
    tomdu napisał:
    Czy tranzystory Q1,Q2 są konieczne?
    One kosztują kilkadziesiąt groszy, więc nie rozumiem pytania.

  • #23 11 Gru 2012 10:58
    tomdu
    Poziom 10  

    Chodzi o minimalizację,chciałem stworzyć wersje SMD. Przyznam ,ze nie wiem jaką funkcję spełniają te tranzystory. komparator ma przecież wyjście OC i wystarczy rezystor podciągający, może to naiwne myslenie,ale brak wiedzy sie kłania :-).

  • #24 11 Gru 2012 11:24
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Przy większych częstotliwościach pojemność bramki mosfeta ma już znaczenie, bufor na tych tranzystorach odciąża wyjście komparatora. Poza tym myślę że nie warto robić tego układu W SMD ze względu na jego kiepską sprawność.

  • #25 13 Gru 2012 12:19
    OldSkull
    Poziom 27  

    @up: ja bym powiedział, że właśnie ze względu na niską sprawność lepiej zrobić wersję SMD, albo "hybrydową" - nie wiem jak wy, ale ja wolę, kiedy elementy pasywne i małe tranzystory są w SMD, bo lepiej się lutuje a przy własnym wykonywaniu PCB nie trzeba wiercić otworów.

    @Paraclitus: ale w takim wypadku nie będziesz stabilizował prądu diod, tylko prąd tranzystora.

    W ogóle ta przetwornica wydaji mi się średnim pomysłem, nie posiada własnego oscylatora, bez sygnału PWM spodziewam się pracy liniowej z oscylacjami wysokiej częstotliwości (opóźnienia w układzie). Z sygnałem PWM o niskiej impedancji spodziewam się, że ukłąd będzie stale wyłączony. Ogólnie wykonanie ładne, ale projekt kiepski.

  • #26 13 Gru 2012 23:09
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    OldSkull napisał:
    @up: ja bym powiedział, że właśnie ze względu na niską sprawność lepiej zrobić wersję SMD, albo "hybrydową" - nie wiem jak wy, ale ja wolę, kiedy elementy pasywne i małe tranzystory są w SMD, bo lepiej się lutuje a przy własnym wykonywaniu PCB nie trzeba wiercić otworów.
    Pisząc, że nie warto robić tego układu w SMD miałem na myśli, że w ogóle nie warto tego układu wykonywać, są inne o większej sprawności...

  • #27 14 Gru 2012 10:24
    OldSkull
    Poziom 27  

    Niewątpliwie jest to układ bardzo edukacyjny, pokazujący, że bez żadnej wielkiej "magii" można zrobic przetwornicę. Ale jest to układ niepełny, a wystarczyło użyć komparatora z 4 w obudowie i parę drobiazgów więcej i dodać oscylator.
    Plusem jest też to, że układy impulsowych źródeł prądowych są mało dostępne w sklepach stacjonarnych - a wysyłkowo często czeka się dłużej, płaci się jeszcze za wysyłkę itd.

  • #28 16 Sty 2014 14:48
    adz
    Poziom 8  

    Witam !
    Robił ktoś symulację tego układu bądź posiada jakaś gotową ?

  • #29 16 Cze 2014 10:30
    junior5
    Poziom 2  

    Mam pytanie czy ta przetwornica musi mieć sterowanie PWM. Zrobiłem i nie działa. Elementy są zastosowane jak w projekcie. Napięcie na wyjściu jest takie same jak na wejściu. Proszę o pomoc. Dziękuję.

  • #30 16 Cze 2014 15:47
    c4r0
    Poziom 36  

    A masz jakieś obciążenie? To jest przetwornica ze sprzężeniem prądowym, więc stabilizuje prąd - napięcie na wyjściu nie ma żadnego znaczenia więc mierzenie go nie ma sensu.