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

Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC

Kubald 18 Kwi 2013 14:35 32607 12
  • Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC

    W poniższym artykule opisany jest projekt źródła stałoprądowego. Poprzedni artykuł autora traktował o wykorzystaniu źródła stałoprądowego opartego o układ LM317, które to nie działało tak dobrze, jak się tego spodziewano - dzięki pomocy czytelników udało się jednak stworzyć lepszy projekt. Autor zdecydował się wykorzystać do pracy jako źródło stałoprądowe przetwornicę DC-DC. Ponieważ wykorzystywał w swoich innych projektach układ TPS54232, postanowił użyć go także i tutaj. Zaprezentowane rozwiązanie może być także przystosowane do innych przetwornic DC-DC, pod warunkiem lepszego poznania tematu.

    Autor przygotowania rozpoczął od zapoznania się z notą aplikacyjną SLVA374 umieszczoną na stronach TI, która opisywała przetwornicę step-down do zasilania diod LED, opartą na układzie przetwornicy DC-DC TPS54160, zwykle używanym w stabilizatorach napięcia typu buck. Schemat z noty aplikacyjnej po niewielkich zmianach może być łatwo przystosowany do opisywanego urządzenia, wystarczy dodać tylko rezystor pomiarowy i kondensator na wyjściu.

    Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC

    Autor potrzebował źródła prądowego 1,12A do zasilania dwóch bloków diod LED połączonych równolegle. Producent układu podał prostą zależność na znajdowanie wartości rezystora pomiarowego: R = Vref/Io. W opisywanym przypadku Vref wynosi 0,8V (zgodnie z kartą katalogową układu TPS54232), a Io to pożądany prąd, czyli 1,12A. Wstawiając takie wartości do wzoru otrzymujemy R = 0,71Ω. Nie jest to typowa wartość, ale zbliżony opór można uzyskać łącząc dwa 1,5-omowe rezystory równolegle (R1, R2), uzyskując tym samym opór 0,75Ω. Z rezystorem pomiarowym o wartości 0,75Ω prąd na wyjściu wynosił 1,06A, co - po podzieleniu przez 56, czyli liczbę zastosowanych białych diod - daje prąd 18,9 mA na każdą diodę.





    Należy też uwzględnić rozpraszanie mocy w rezystorach, jest ono łatwe do wyliczenia: Pdis = Vref^2/R. W opisywanym przypadku Pdis = 0,8^2/0,75 = 0,85W. Jedyne dostępne autorowi rezystory miały moc 5W, stąd konieczność uwzględnienia ich rozmiarów przy projektowaniu urządzenia. Pin EN służy do uaktywniania i sterowania zabezpieczeniem podnapięciowym (UVLO), ale autor zrezygnował z jego wykorzystania, ponieważ był pewien, że układ będzie zawsze zasilany dostatecznie dużym napięciem. The resistors are placed on the pcb anyways so you could use those pads and soldere the necessary resistors.

    Należy także rozważyć rozpraszanie mocy w diodzie po stronie niskoprądowej. W czasie pracy przetwornicy prąd płynie przez wewnętrzny tranzystor kluczujący FET. W czasie, kiedy tranzystor nie jest kluczowany, prąd płynie przez diodę. Średnia moc wydzielana na diodzie opisana jest równaniem: Pdiody = (1-Vo,LED/Vin) * Vfd * Io, gdzie: Vfd jest napięciem wstecznym diody LED, Vo,LED jest doprowadzanym napięciem zasilający, którego wartość można oszacować następująco: Vo,LED = NLED * VLED + Vref, gdzie: NLED to liczba diod LED, VLED to spadek napięcia na każdej z diod. W przypadku autora moc wydzielana na diodzie wynosiła Pdiody = (1-(4,2/12))*0,75*1,06 = 0,51 W, więc w urządzeniu wykorzystano diodę Schottky'ego na napięcie 40V i prąd 2A, o symbolu CDBA240-G.

    Należy także dobrać odpowiednią cewkę oraz kondensatory na wejściu i wyjściu przetwornicy, informacje na ten temat są zamieszczone w karcie katalogowej układu TPS54232 i we wzmiankowanej nocie aplikacyjnej. Po rozważeniu projektu układu autor zaprojektował płytkę i przygotował ją metodą fotochemiczną. Do zmontowania tak małej płytki wystarczyła zwykła lutownica; część elementów montowana jest powierzchniowo, a część przewlekanie, ale całość pasuje do siebie nawzajem całkiem dobrze.

    Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC

    Krople cyny od spodu płytki to rodzaj samodzielnie wykonanych przelotek termicznych. Autor nie jest przekonany, jak wydajne są one, ale postanowił mimo wszystko wypróbować to rozwiązanie. Pod rezystorami umieszczone zostało pole miedzi. Następnie autor nawiercił otwory o średnicy 0,7 mm i przewlekł przez nie drut miedziany o takiej samej średnicy, lutując go obustronnie. Konieczne jest zastosowanie małego i płaskiego lutu, aby elementy nie odstawały zbytnio od płytki. Mimo braku dokładnej informacji na temat sprawności takich przelotek, można poczuć, że ciepło przenosi się szybciej z jednej strony płytki na drugą. Można więc wypróbować takie rozwiązanie w swoich urządzeniach.

    Testy źródła przebiegły bez problemu, diody LED zaświeciły się od razu po podłączeniu. W czasie prób autor zwrócił uwagę, że jeśli przewody zasilające nie są dokładnie przymocowane i zabezpieczone w złączu wejściowym, przetwornica ma mniejszą wydajność i daje prąd o natężeniu mniejszym, niż ustalone. Autor nie jest pewien przyczyny takiego stanu, podejrzewa, że może za to odpowiadać niewykorzystane zabezpieczenie podnapięciowe. W prezentowanym urządzeniu jednak nie stanowiło to większego problemu, po dobrym umocowaniu przewodów zasilających przetwornica pracowała poprawnie. Wykorzystano lutowane złącza kablowe do przyłączania przewodów do płytki, aby uniknąć późniejszych nieprzyjemnych niespodzianek.

    Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC

    Ostatnią rzeczą było zabezpieczenie układu przed niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi, jako że miał on pracować na zewnątrz. W tym celu autor wykorzystał klej Bison, który jest przezroczysty, i pokrył nim ścieżki na płytce drukowanej. Kiedy klej stwardniał, zabezpieczenie wyglądało tak, że najpewniej płytki można by było zanurzyć w wodzie bez większego uszczerbku. Oczywiście nie dotyczy to złącz kablowych zamontowanych na płytce. Pomimo to autor jest pewien, że urządzenie będzie pracowało bezawaryjnie przez kilka lat.

    Autor, wykorzystując równanie z karty katalogowej układy TPS54232 wyliczył sprawność przetwornicy na 75,36%. Sprawność po podłączeniu modułów z diodami LED wynosiła 79,01%. Można wprowadzić też pewne modyfikacje zwiększające sprawność układu. Na przykład należy obniżyć straty mocy w rezystorach poprzez zmniejszenie napięcia na nich.

    Źródło


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • #2 18 Kwi 2013 19:23
    mkpl
    Poziom 37  

    Paranoja jakaś z tymi rezystorami... Nie dość, że drutowe w przetwornicy... to jeszcze ten radiator.. a wystarczyły by 4 sztuki smd 1206

  • #3 18 Kwi 2013 22:30
    chaka
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Dlatego przetwornice z napięciem odniesienia 1.2V nie nadają się do pracy prądowej! Za dużo mocy traci się w rezystorach pomiarowych. Dziś na rynku jest tyle przetwornic że nie trzeba uciekać się do takich rozwiązań. Wystarczy poszukać układu z prądem programowanym jednym rezystorem np jakiegoś taniego MBI.

  • #5 19 Kwi 2013 09:46
    kiler_89
    Poziom 11  

    Urgon:
    PT4115-89E
    RL06-0,27R
    cewka ok 100uH

    + potencjometr precyzyjny (lub rezystor)
    i ustawiamy dowolnie od ok 0.7A w dół (dla rezystora 0.13R można by maź 1.2A uzyskać)

    Koszt części ~5zł wielkość PCB 2x1cm.
    Wszystko dostępne w seguro.pl

    Sprawuje się świetnie nie grzeje się prawie wcale :)

  • #6 19 Kwi 2013 10:33
    Paraclitus
    Poziom 15  

    @chaka w tym układzie napięcie odniesienia wynosi 0.8V. pdf
    W prosty sposób można znacząco zmniejszyć straty na rezystorze pomiarowym.
    Źródło stałoprądowe do diod LED z układem przetwornicy DC-DC

  • #7 19 Kwi 2013 14:27
    OldSkull
    Poziom 27  

    Jest wiele różnych sposobów (wzmocnienie spadku na rezystorze pomiarowym, uzycie układu do pomiaru prądu itd.), ale dla małych prądów zastosowane rozwiazanie byłoby całkiem ok dla wyższych napięć - gdyby łączyć np. 10 diod szeregowo, to te 0.8V strat to nie dużo. Ale tutaj będziemy mieć pewnie 1-2 diody, więc rozwiazanie jest raczej kiepskie.

    Zresztą sam podobne rozwiazanie stosowałem kiedyś w sterowniku silnika krokowego :) tam działało znakomicie :)

  • #9 28 Kwi 2013 00:04
    lukapt
    Poziom 11  

    kiler_89 napisał:
    PT4115-89E

    Witam,

    Jak obliczyć moc rezystorów dla w/w scalaka?
    Wykorzystując wzór podany w pierwszym poście wychodzi P=1.25^2/0.135≈11W.
    Rezystor Rs=0,135Ω, gdy chcemy uzyskać prąd 0,72A.
    Czy jest to prawidłowa wartość?


    Edit:
    OK. Chyba coś źle doczytałem z noty wcześniej.
    powinno być P=0.1^2/0.135≈0.08W
    Tak?

  • #10 28 Kwi 2013 00:09
    kiler_89
    Poziom 11  

    lukapt napisał:
    kiler_89 napisał:
    PT4115-89E

    Witam,

    Jak obliczyć moc rezystorów dla w/w scalaka?
    Wykorzystując wzór podany w pierwszym poście wychodzi P=1.25^2/0.135≈11W.
    Rezystor Rs=0,135Ω, gdy chcemy uzyskać prąd 0,72A.
    Czy jest to prawidłowa wartość?



    Witam
    Jako, że nie miałem dostępu do innego rezystora niż 0.27R nie zagłębiałem się w obliczanie parametrów dla innej rezystancji :)
    0.27R nie grzeje się a przynajmniej nie zauważalnie jest w obudowie 1206 wiec ma ok 250mW

  • #12 28 Kwi 2013 00:35
    lukapt
    Poziom 11  

    mkpl napisał:
    Wzór na moc strat to P = I^2 * R

    Przekombinowałem :oops:
    Dzięki.

    PS. Pomroczność-Jasna, mówi wam to coś?? :D

  • #13 18 Maj 2013 13:33
    mosfet
    Poziom 25  

    Już wolałbym kombinować w kierunku wzmocnienia sygnału z rezystorów pomiarowych (jeśli już byłbym zdany na tę kość) niż tracić 1,2V na rezystorach pomiarowych. Można też pokusić się o prosty sumator napięcia na rezystorach.

    Bo może okazać się, że straty mocy w przetwornicy są tak wielkie, ze celowym będzie zastąpić LED'a żarówką halogenową.