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

Superprosta przetwornica stałoprądowa do LEDów

bozar88 22 Gru 2012 10:54 31791 31
  • Superprosta przetwornica stałoprądowa do LEDów

    Potrzebowałem przy jak najmniejszych stratach zasilać diodę 3W z akumulatora dającego kilkanaście volt. Myślę, że wiele ludzi spotyka się z takim problemem, więc z chęcią podzielę się moim rozwiązaniem. :)

    Prezentowany przeze mnie układ to nietypowe zastosowanie taniej i prostej przetwornicy LM2576. Występuje w cenie 5zł w przyjaznej obudowie TO220-5. Niestety w całym internecie oraz notach katalogowych znalazłem jedynie informacje na temat wykorzystania jej jako stabilizatora napięcia, a nie prądu. Zatem, aby zrozumieć, jak udało mi się to osiągnąć, przytoczę na początek kilka słów na temat tego, jak działa LM2576 i podobne kostki.

    Są dwie wersje układu - regulowana i z predefiniowanym napięciem. Nas interesuje ta pierwsza, gdyż posiada pin FEEDBACK, pełniący kluczową rolę w stabilizacji napięcia wyjściowego. Jest to wejście służące przetwornicy do pomiaru napięcia wyjściowego, aby mogła na jego podstawie skorygować swoje parametry pracy. Dlaczego ten pin jest wyprowadzony, a pomiar nie odbywa się wewnątrz układu scalonego, jak np. w stabilizatorze liniowym 7805? Ano po to, żebyśmy mogli sobie pokombinować. :) Przetwornica oczekuje na tym pinie 1.23V i zrobi wszystko co w jej mocy, żeby tyle tam było. Nie na wyjściu, tylko na pinie FEEDBACK. Gdybyśmy chcieli stabilizować napięcie, wstawilibyśmy na wyjściu dzielnik, który dostarczałby jakąś część napięcia wyjściowego do pinu FEEDBACK, np. 10%, przez co otrzymalibyśmy stabilne 12.3V. A jak stabilizować prąd?

    Z prawa Ohma wiemy, że prąd płynąc przez rezystor generuje na nim spadek napięcia. Jeśli wstawimy rezystor w obwodzie masy (tuż przy wyjściu), to po jednej jego stronie będziemy mieć 0V, a po drugiej napięcie o wartości U=I×R. Jak wiadomo, przetwornica zrobi wszystko, aby mieć na pinie FEEDBACK 1.23V. Podłączmy zatem ten pin do naszego rezystora pomiarowego o wartości np. 12Ω. Co się stanie po podłączeniu obciążenia? Przetwornica tak dobierze napięcie, aby prąd płynący w obwodzie wytworzył spadek 1.23V na rezystorze pomiarowym. Stanie się to przy prądzie ~100mA. I nieważne, jakie (w granicach rozsądku) obciążenie podłączymy - prąd będzie zawsze stały. Proste? Fajne? Tak, ale nie idealne. Jak wiadomo, na rezystorze pomiarowym dochodzi do spadku napięcia, zatem też do wydzielania się ciepła. W przypadku zasilania diody mocy prądem 700mA będzie to 1.23V×0.7A=0.86W. Sporo, ale o niebo lepiej niż przy stabilizatorze liniowym.





    Okazuje się, że można to poprawić. Widać, że problemem jest rezystor. Wiemy, że P=I²R. Zminimalizujmy zatem R. Możemy oszukać przetwornicę, mierząc spadek napięcia na dużo mniejszym rezystorze (np. 0.33Ω), a potem wzmocnić go kilkukrotnie. Użyjemy wzmacniacza operacyjnego LM358, który kosztuje 80gr. Z pomocą rezystora i potencjometru skonfigurujemy go jako wzmacniacz nieodwracający, gdzie jako wejście podłączymy sygnał z rezystora pomiarowego, a pin FEEDBACK przetwornicy podepniemy do jego wyjścia, o tak:

    Superprosta przetwornica stałoprądowa do LEDów

    Przykład:
    Policzmy teraz, jak ustalić prąd 700mA. Przy takim prądzie na rezystorze 0.1Ω mielibyśmy spadek 0.07V. Jakie musi być wzmocnienie, aby wyszło z tego 1.23V? Mniej więcej 1.23÷0.07=17.6. Zatem, aby uzyskać prąd 0.7A, należy dobrać wzmocnienie 17.6x i rezystor pomiarowy 0.1Ω.

    Prąd wyjściowy wyraża się wzorem I=(1.23/Rsc)/(1+R2/R1). Dla ciekawskich: dla układu bez wzmacniacza wzór to tylko I=1.23/Rsc, bo pomiar odbywa się bezpośrednio na rezystorze Rsc, więc korzystamy z czystego prawa Ohma. W wersji ze wzmacniaczem wzmacnia on napięcie na Rsc zgodnie ze wzorem na wzm. nieodwracający, czyli A=(1+R2/R1) razy, zatem "pomaga" przetwornicy A-krotnie, stąd dzielenie przez tą wartość.

    W wyniku pomiarów obliczyłem sprawność tej konstrukcji na η≈75%, przy czym rośnie ona wraz z pobieranym prądem. Może nie rzuca to na kolana, ale i tak jest to rozwiązanie dużo lepsze od stabilizatora liniowego, dość proste i tanie, a w dodatku umożliwiające regulację, więc myślę, że układ znajdzie swoje zastosowanie.

    Pozdrawiam wszystkich i życzę Wesołych Świąt! :)

    Trochę dłuższa wersja tego tekstu znajduje się na blogu.


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Mitronik
  • #2 22 Gru 2012 13:19
    htech
    Poziom 10  

    Fajna, prosta konstrukcja - chwali się przeanalizowanie działania układu, a nie zwykłe układanie klocków ze schematu z noty aplikacyjnej.

    Co do uwag konstrukcyjnych to mam jedną - jeśli nie używasz drugiego wzmacniacza w kostce (IC2B), to nie spinaj mu wejść. Chodzi o to, że jeśli na obu wejściach jest bardzo podobne napięcie, to wzmacniacz w otwartej pętli bardzo często się przełącza z jednego stanu nasycenia w drugi, niepotrzebnie zwiększając pobór prądu. Oczywiście nie jest to poważny błąd, funkcjonalność układu się nie zmieni, jest to raczej taki "Warning kompilatora" :)

  • Mitronik
  • #3 22 Gru 2012 16:38
    SIEKIERA_666
    Poziom 21  

    Najlepiej będzie na nieodwracające wejście niewykorzystanego wzmacniacza podać masę, a odwracające połączyć w wyjściem. Czyli wtórnik napięciowy z wejściem na masie.

    :D

  • #4 22 Gru 2012 17:20
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Ha, robiłem podobne układziki, tylko na innych przetwornicach i też innych WO.
    Ja podobną sprawność uzyskiwałem na przetwornicy MC34063, więc po co przepłacać... ;)
    Przy jakim napięciu wejściowym i wyjściowym oraz przy jakim prądzie uzyskałeś te 75% sprawności?

  • #5 22 Gru 2012 21:28
    sznajder_wroc
    Poziom 12  

    Gratuluję pomysłu i wykonania. A co by było gdybyśmy zastosowali jakiś stabilizator napięcia za nim układ zamieniający napięcie na prąd na dwóch wzmacniaczach i tranzystor na końcu?

  • #6 22 Gru 2012 22:37
    tmf
    Moderator Mikrokontrolery Projektowanie

    Jeśli piszesz o szeregowych stabilizatorach napięcia to z nimi nie trzeba wcale kombinować, mogą pracować w konfiguracji stabilizacji prądu lub napięcia.

  • #7 23 Gru 2012 00:24
    sznajder_wroc
    Poziom 12  

    No racja. Teraz doczytałem że miały być jak najmniejsze straty mocy więc faktycznie trzeba było więcej pogłówkować.

  • #8 23 Gru 2012 11:43
    bozar88
    Poziom 13  

    joy_pl napisał:
    podobną sprawność uzyskiwałem na przetwornicy MC34063
    Czytam elektrodę od dawna i zauważyłem jakąś taką awersję, wręcz lincz nad osobami uparcie używającymi tego leciwego scalaka :) Sam też uważam, że technologia idzie do przodu i warto poeksperymentować z nowymi układami, choćby dla odświeżenia wiedzy.
    joy_pl napisał:
    Przy jakim napięciu wejściowym i wyjściowym oraz przy jakim prądzie uzyskałeś te 75% sprawności?
    Inspiracją do stworzenia przetwornicy była duża różnica napięć. Nie pamiętam już dokładnie, ale na wejściu było 14-20V, a na wyjściu coś ok. 3.5V. A prąd typowy dla 3-watowej białej diody.

    htech napisał:
    jeśli nie używasz drugiego wzmacniacza w kostce (IC2B), to nie spinaj mu wejść
    Właśnie nie za bardzo wiedziałem co z nim zrobić, ale kolega SIEKIERA_666 po chwili to wytłumaczył - dzięki Wam!

    Może spróbuję kiedyś zrobić taką przetwornicę w wersji "ultra", na dużo bardziej wydajnym układzie, np. LM2675. Stosując komponenty SMD będzie można zminiaturyzować całość do rozmiaru znaczka pocztowego. Myślałem też o topologii "boost", aby z jednego paluszka AA zasilać 3-watową diodę najdłużej, jak to możliwe.

  • #10 23 Gru 2012 13:25
    joy_pl
    VIP Zasłużony dla elektroda

    bozar88 napisał:
    joy_pl napisał:
    podobną sprawność uzyskiwałem na przetwornicy MC34063
    Czytam elektrodę od dawna i zauważyłem jakąś taką awersję, wręcz lincz nad osobami uparcie używającymi tego leciwego scalaka :) Sam też uważam, że technologia idzie do przodu i warto poeksperymentować z nowymi układami, choćby dla odświeżenia wiedzy.
    Tylko w tym przypadku nie mamy żadnej korzyści, a wręcz stratę (wyższe koszty), co innego gdybyśmy chcieli uzyskać prąd na wyjściu 2-3A... Tak czy inaczej układzik jest tylko ciekawostką, użyteczny tylko wtedy gdy ktoś ma pod ręką elementy potrzebne do budowy jego i nie ma czasu na zakup nowych. W innym przypadku są lepsze nowocześniejsze rozwiązania, o większej sprawności...


    A jeszcze jedno masz może oscylogramy tego co się dzieje na wyjściu?

  • #11 23 Gru 2012 13:42
    bozar88
    Poziom 13  

    morswin89 napisał:
    A czy nie lepiej zastosować typowe drivery prądowe do zasilania diod? Np. MBI6651 plus 4 zewnętrzne elementy a całość za około 8zł


    No pewnie, że lepiej! :) Zawsze szukałem takich części, ale w pobliskich sklepach elektronicznych o czymś takim nie słyszeli. Mieszkam w Łodzi, niby duże miasto, ale oferta sklepów jest jakby jeszcze z tamtej dekady...

    Poza tym pierwszy raz słyszę o tym MBI6651. Jakoś mało się o tym mówi. Każdy wybierze LM317 do stabilizacji napięcia, TL071 lub LM358 do wzmacniania sygnału, czy NE555 do generowania przebiegu. Jednak społeczność jakoś nie może się zdecydować na konkretną kultową część jeśli chodzi o stabilizację prądu, a to przecież też jest jeden z podstawowych problemów elektronicznych. Oczywiście, wszystko można zbudować z elementów dyskretnych, ale po to mamy układy scalone, aby było prościej, pewniej i szybciej. Szkoda, że wiedza jak je wykorzystać nie jest wystarczająco popularyzowana.

  • #12 23 Gru 2012 20:58
    maly.borkowo
    Poziom 15  

    Z innej beczki może - czy gdyby na wejście on/off podać sygnał pwm to miałoby to rację bytu, czy funkcja ściemniania w sposób logiczny jest trudniejsza do realizacji?

  • #13 23 Gru 2012 21:19
    Lucas82
    Poziom 11  

    Witam autora tematu. Projekt całkiem ładny i...praktyczny (jednak rzecz gustu, zależna od człowieka i potrzeby chwili...). Widzę, że schemat w Eagle; można prosić o udostępnienie pliku schematu??? Pozdrawiam elektroników i życzę wszystkim Wesołych Świąt :)

  • #14 24 Gru 2012 08:41
    quniq
    Poziom 21  

    Moim zdaniem powinieneś poważnie spowolnić sprzężenie zwrotne - lm358 w tej konfiguracji może być dużo szybszy niż sama przetwornica, a to może prowadzić do nieprzyjemnych stanów.
    nie chcę zgadywać jakie są tętnienia prądu przy katalogowej cewce i 60kHz kluczowaniu :D Tak czy siak, konstrukcja całkiem fajna, tylko jak mówię, trzeba by spowolnić WO.

    Zastanawiałeś się nad zmianą układu z przetwornicy na zwykły pwm? Oczywiście jako ciekawostka, bo sprawność będzie dalece gorsza.

  • #15 24 Gru 2012 23:17
    pier
    Poziom 23  

    O widzisz kiedyś zastanawiałem się czy te przetwornice mogą pracować jako stabilizatory prądu. A Ty Pokazałeś że mogą.
    A czy z prądami rzędu 3A to rozwiązanie podoła?

  • #16 25 Gru 2012 07:13
    Jogesh
    Poziom 28  

    A na jakich układach można by zrobić przetwornicę do zasilania jednej 20W diody? W swojej strukturze ma chyba sporo LEDów szeregowo, bo zasilana jest z napięcia 48V. Niestety te układy działają do 36V. Ale może kolega zna jakieś na wyższe napięcie?

  • #17 25 Gru 2012 09:48
    pier
    Poziom 23  

    kociątko napisał:
    A na jakich układach można by zrobić przetwornicę do zasilania jednej 20W diody? W swojej strukturze ma chyba sporo LEDów szeregowo, bo zasilana jest z napięcia 48V. Niestety te układy działają do 36V. Ale może kolega zna jakieś na wyższe napięcie?

    Są specjalne zasilacze stałoprądowe do takich diod np.meanwell lub dużo tańsze dostępne w chińskich esklepach takich jak DX.

  • #18 25 Gru 2012 10:29
    Urgon
    Poziom 36  

    AVE...

    Z tym DX to bym był ostrożny. Zamówiłem czteropak driverów do LED 3W, przysłali jedną sztukę. Dosłali kolejne, pojedynczo, jak na nich nawrzeszczałem klawiaturą. Jeden driver miał uszczerbiony dławik...

    @Kociątko
    Może stabilizator/kontroler w topologii boost i stabilizacja prądowa tak, jak tutaj?

  • #19 26 Gru 2012 01:49
    Patryk987
    Poziom 17  

    Witam!
    Czy jest możliwość zmodyfikowania układu tak żeby zasilać led 12W?

  • #20 26 Gru 2012 03:44
    ciszex
    Poziom 11  

    A nie prościej pt4115 za 2zl na allegro?
    Prąd ustalany za pomocą rezystora zgodnie ze wzorem i=0.1/R czyli dla 100mA jest 1ohm i 0.01W straty na nim wiec do przyjęcia. Dodatkowo wejście DIM pozwala na regulację prądu wyjściowego za pomocą PWM. Zasilalem tym układem 4 ledy 5W 0.9A i sprawność uzyskałem 92% dla Uwe=20V przy spadku napięcia na ledach 14.5V

  • #21 28 Gru 2012 17:49
    jaeger
    Poziom 10  

    bozar88 napisał:

    Potrzebowałem przy jak najmniejszych stratach zasilać diodę 3W z akumulatora dającego kilkanaście wolt. Myślę, że wiele ludzi spotyka się z takim problemem, więc z chęcią podzielę się moim rozwiązaniem :)

    Prezentowany przeze mnie układ to nietypowe zastosowanie taniej i prostej przetwornicy LM2576.


    Można powiedzieć że odkryłeś koło na nowo bo koncept zastosowania stabilizatora napięciowego jako prądowego nie jest niczym nowym.
    A jeśli chodzi o LED'y to tu jest kilka układów min jeden na LM2576

    http://digilander.libero.it/i2viu/led.html

    Bazując na jednym z nich ( choć przyznam że na ideę wpadłem wcześniej a gotowy schemat cos mi jeszcze podpowiedział ) zrobiłem zasilacz prądowy z zabezpieczeniem temperaturowym co by nie "ugotować" diod który to płynnie ogranicza prąd a w razie dalszego wzrostu temperatury całkowicie przepływ tegoż prądu wyłącza.
    Aby nieco poprawić sprawność jako rezystor pomiarowy zastosowałem 25 mOhm a widzę że można by i wypróbować 10 mOhm.

    Podczas pomiarów z z bocznikiem prądowym 0,1 Ohm sprawność mojego zasilacza wynosi max 77%.
    Dla porównania Dareltek PI2 oparty na układzie L5976 w tych samych warunkach pomiaru osiąga max 74%.

    Można by jeszcze polepszyć sprawność zasilacza zamieniając LM2576 na np LM2673.
    Alternatywą może być także zasilacz liniowy i w odpowiednich warunkach może on osiągnąć podobną a nawet wyższą sprawność od ww.

    Odnośnie Twojego układu to niewykorzystane wejścia opamp'a propnuję połączyć wg tej metody :
    - do masy , + do plusa zasilania lub do WY , WY NC lub do +

  • #23 02 Sty 2013 01:04
    Virus19
    Poziom 16  

    Plus tego układu to dość wysokie napięcie max istnieje jeszcze wersja "hv" max60V jednorazowo można by podłączyć 16 led'ów szeregowo. To zaleta jeżeli mamy sporą ilość led'ów do zasilenia np w jakiejś lampie.

  • #24 02 Sty 2013 18:27
    bozar88
    Poziom 13  

    LemuRR 11 napisał:
    Ja się przyczepię rozmiarów i sprawności. Podobną uzyskałem na tym : https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=2344174

    Bardzo kompaktowa konstrukcja. Chyba zainteresuję się tą kultową kostką, bo widać, że można z niej wycisnąć całkiem niezłe osiągi. Chociaż do kieszonkowej latarki zasilanej z 2xLiIon raczej zastosowałbym PT4115E. Czy ktoś ma doświadczenia z tym układem? Parametry ma bardzo kuszące a cena śmieszna - 2zł :)

  • #25 02 Sty 2013 19:07
    LemuRR 11
    Poziom 26  

    bozar88 napisał:
    LemuRR 11 napisał:
    Ja się przyczepię rozmiarów i sprawności. Podobną uzyskałem na tym : https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?t=2344174

    Bardzo kompaktowa konstrukcja. Chyba zainteresuję się tą kultową kostką, bo widać, że można z niej wycisnąć całkiem niezłe osiągi. Chociaż do kieszonkowej latarki zasilanej z 2xLiIon raczej zastosowałbym PT4115E. Czy ktoś ma doświadczenia z tym układem? Parametry ma bardzo kuszące a cena śmieszna - 2zł :)

    Również byłem zainteresowany tym układem, niestety nie był dostępny w pobliskich sklepach (: Ale MC34062 urzekł mnie ceną. Ja nabyłem go za 1,20zł. On jest dostępny dosłownie wszędzie i istnieją miliony zamienników. Cena przetwornicy nie przekracza 4zł. Celem było sprzedawanie tych przetwornic po znajomych, więc cena produkcji miała nadrzędne znaczenie. :D

  • #26 05 Sty 2013 17:31
    Lucas82
    Poziom 11  

    Witam kolegów bozar88 i LemuRR 11. W firmie elektronicznej, w której pracuję, mam często na "tapecie" PT4115E. Jedna firma zamawia u nas "świecidełka" na ledach 1W i 3W (pojedyncze ledy jak i po parę sztuk ledów na pcb...) na tym driverze właśnie. Sterownik jest świetny i sam kompletny układ zawiera max. 7-10 elementów na pcb, łącznie z kondensatorami odsprzęgającymi zasilanie...Kiedyś zostało trochę "pozostałości" i poskładałem sobie latarkę na tym układzie. Efekt przerósł moje oczekiwania. W układzie są cztery diody 1W w szeregowym połączeniu a reszta to schemat aplikacyjny z noty katalogowej PT4115E. Przy 12V pobór prądu około 0.4A ; pewnie dużo, ale to zależy jak dla kogo i do czego układ będzie przeznaczony. Dla niewtajemniczonych - układ do kupienia na znanym portalu...aukcyjnym, cena około 2 zł. za sztukę :)
    Prośba do autora tematu o schemat w Eagle, jeśli autor go oczywiście udostępni... :)
    I jeszcze jedna prośba na forum: szukam i nigdzie nie mogę znaleźć biblioteki Eagle do tego właśnie sterownika (PT4115E)...Jeżeli ktoś ma i może wkleić tą bibliotekę tutaj, to będę bardzo wdzięczny :) Innym pewnie też się przyda.
    Jeżeli jest ktoś zainteresowany wymianą doświadczeń oraz aby porozmawiać na temat PT4115E - mój email: lucaszwrzeciono(malpa)gmail.com Postaram się coś "naskrobać" najszybciej jak będę mógł...wiadomo - praca zawodowa i czasu nie ma za wiele... :)

  • #27 06 Sty 2013 22:16
    jaeger
    Poziom 10  

    Lucas82 napisał:
    :)
    I jeszcze jedna prośba na forum: szukam i nigdzie nie mogę znaleźć biblioteki Eagle do tego właśnie sterownika (PT4115E)...Jeżeli ktoś ma i może wkleić tą bibliotekę tutaj, to będę bardzo wdzięczny


    Niestety kolego ale w przypadku nietypowych komponentów są niewielkie szanse na znalezienie biblioteki.
    Zatem będziesz musiał zrobić ja sam......

  • #28 12 Sty 2013 19:15
    Andrzej Stachurski
    Poziom 20  

    Bardzo ciekawy temat, dla mnie akurat na czasie.

    bozar88 napisał:
    Zawsze szukałem takich części, ale w pobliskich sklepach elektronicznych o czymś takim nie słyszeli. Mieszkam w Łodzi, niby duże miasto, ale oferta sklepów jest jakby jeszcze z tamtej dekady...


    Ale tutaj to pojechałeś - masz w mieście największego dystrybutora podzespołów w Polsce... sklep on-line i dostawę za grosze, ehh....

    Pozdrawiam

  • #29 07 Lut 2013 07:51
    Brodda13
    Poziom 9  

    Witam,
    Jakie parametry powinien mieć dławik do tej przetwornicy przy zasilaniu diody max 2,8A, ale większość czasu pracy na obciążeniu częściowym tj. 40-50% ?
    Pozdrawiam

  • #30 07 Lut 2013 13:27
    jaeger
    Poziom 10  

    Poszukaj datasheeta LM2576 i tam jest podany sposób obliczania parametrów dławika.
    Możesz także spróbować go dobrać z tabeli.