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

NE555 + MOSFET regulowany PWM 70W LED Driver

cloudpol7 28 Lut 2014 15:31 5556 7
  • #1 28 Lut 2014 15:31
    cloudpol7
    Poziom 16  

    Proszę o sprawdzenie poprawności schematu.
    Mam też parę pytań:
    -Czy wyrzucając R3 zwiększę zakres regulacji PWM? Z obliczeń wynika że tak ale czy nie zaszkodzi to układowi?
    -Czy R2 nie ma za małej wartości? Niby układ sprawdzony przez innych ale przy wyjściu ok.13V popłynie przecież prąd większy niż zalecane 200mA wyjścia NE555.
    -Czy napięcie Lo (2V) na wyjściu NE555 nie będzie zostawiać "otwartego" IRFP260 na tyle że podniesie się odczuwalnie dolny próg regulacji PWM?
    -Czy przed bramką MOSFET muszę jeszcze dać uziemienie przez rezystor ok. 10kΩ-100kΩ czy bez tego też układ będzie działał poprawnie?

    NE555 + MOSFET regulowany PWM 70W LED Driver

    0 7
  • Pomocny post
    #2 04 Mar 2014 23:47
    kspro
    Poziom 27  

    Opornik R2=47Ω jest zdecydowanie za mały, zwiększyłbym go do 1kΩ a zamiast przewymiarowanego BD139 użyłbym BC548 lub podobnego. Napięcie wyjściowe NE555 w stanie niskim będzie dużo niższe niż 2V, prawie 0V, ponieważ w tym stanie nie wpływa do niego żaden prąd. Z tego powodu opornik od bramki do masy nie jest bezwzględnie konieczny, ale 47-100kΩ dla bezpieczeństwa nie zaszkodzi. Aż tak duży tranzystor jak IRFP250 nie jest konieczny, gdyż pracuje on w układzie przełączanego źródła prądowego 2-2.5A, więc zawsze odkłada się na nim jakieś napięcie i niska wartość RDS(ON) nie jest wykorzystywana. Wystarczyłby jakiś tańszy MOSFET, np. BUZ71, IRF520-540, radiator jest za to konieczny niezależnie od użytego tranzystora. Wszystko zależy od różnicy napięcia zasilającego i napięcia łańcucha LED-ów.
    Opornika R3 nie można wyrzucić, jakaś minimalna wartość powinna jednak zostać, gdyż inaczej tranzystor kluczujący (rozładowujący) wewnątrz NE555 (pin 7) zwierałby +12V do masy i by się uszkodził. Można za to odłączyć diody od pinu 7 i dołączyć je poprzez niewielki opornik (np. 100Ω) wprost do wyjścia (pin 3), które działa push-pull. Myślę, że w ten sposób zakres regulacji PWM zwiększyłby się, ale tak czy siak na pojedynczym NE555 zakresu 0-100% uzyskać się nie da, poza tym w zależności od ustawienia zmienia się częstotliwość. Większy zakres PWM, obejmujący 100%, wymagałby oscylatora (np. na bramkach CMOS lub jeszcze jednym NE555), który wąskimi szpilkami wyzwalałby właściwy, regulowany NE555. Przy maksymalnej stałej czasowej przewyższającej okres impulsów wyzwalających, wyjście NE555 byłoby non-stop w stanie wysokim.
    Myślę, że lepszym wyjściem byłoby wykorzystanie podwójnego komparatora LM393. Na jednym komparatorze można zrobić generator napięcia piłokształtnego, a na drugim po prostu porównywać je z napięciem z potencjometru i w ten sposób uzyskać PWM regulowany naprawdę od 0 do 100%.

    0
  • #3 05 Mar 2014 13:19
    cloudpol7
    Poziom 16  

    Dzięki za konkretną odpowiedz. Rozwiał kolega prawie wszystkie moje wątpliwości.
    Co do BD139 jak znajdę coś mniejszego to wstawię bo BD139 jest tam w sumie tylko dlatego bo taki miałem.
    Co do zakresu PWM nie jest on tak istotny żebym kombinował z dwoma NE555 bo głównym celem była prostota układu i małe skomplikowanie. Jest to pojedyncza dioda LED 70W 30-36V więc jak dobrze pójdzie to na mosfecie nie odłoży się za dużo napięcia przy zasilaniu z 24V AC (~34V DC).
    Jedyny Problem to zmienna częstotliwość PWM. według kalkulatora (asystent elektronika 2.2.5) dla układu astabilnego dla zakresu regulacji 0-100% proporcjonalnie zmieniając Ra i Rb (potencjometr NE555) częstotliwość zostaje ta sama. Czy podaje on błędny wynik?
    Znajdę gdzieś poprawny kalkulator dla mojej wersji układu? bo nawet w nocie katalogowej nie ma chyba nic wspomniane o układzie dla zakresu 0-100%.
    Ewentualnie czy jeżeli częstotliwość się zmienia powiedzmy max 2x to dolna wartość dla mrugania led tak, żeby nie było to zauważalne i męczące dla oczu wystarczy 150Hz ?

    0
  • Pomocny post
    #4 05 Mar 2014 23:43
    kspro
    Poziom 27  

    Mea culpa, pomyliłem się z tą zmianą częstotliwości (chociaż nie do końca), tak to jest jak się pisze z pamięci. Sprawdziłem i rzeczywiście przy takim włączeniu potencjometru suma czasów ładowania i rozładowywania kondensatora jest stała, bo zarówno jeden jak i drugi czas jest wprost proporcjonalny do oporności ścieżki potencjometru przed i za suwakiem: t = 0.693 RC, jednak wzór ten przestaje być ścisły w obecności spadków napięcia na diodach, które są konieczne do rozszerzenia zakresu PWM. Nie będę teraz wyprowadzał wzorów uwzględniających napięcie przewodzenia diod, myślę jednak, że ewentualne zmiany częstotliwości nie będą zbyt duże i objawiać się będą tylko w skrajnych położeniach suwaka potencjometru. Podnieść częstotliwość zawsze będzie można prze wymianę kondensatora na mniejszy.
    Na Twoim schemacie brakuje jeszcze kondensatorów blokujących wejście i wyjście stabilizatora oraz zasilanie NE555. Najlepiej użyć monolitycznych 100nF (takich jak na płytkach komputerowych) umieszczonych jak najbliżej. Wydaje mi się też, że potencjometr powinien być wlutowany w płytkę, nie powinien wisieć na kablach, bo on nie zadaje napięcia sterującego pracą układu tylko jest wprost jego elementem.
    Z tym napięciem odkładającym się na MOSFET w źródle prądowym to możesz się jednak przeliczyć, bo nie zasilasz układu z napięcia stabilizowanego tylko z wyprostowanego i tętniącego. Jeżeli jest to transformator 24V~ to po wyprostowaniu dostaniesz 34V= ale w miarę wzrostu poboru prądu napięcie przysiądzie i pojawią się tętnienia 100Hz. Jeżeli LED przy pełnej jasności wymaga 30-36V to te tętnienia będą widoczne, bo po prostu nie wystarczy napięcia (źródło prądowe będzie się nasycać, prąd będzie malał). Super duży elektrolit nie jest dobrym rozwiązaniem, bo wówczas są duże szpile prądu i zarówno trafo jak i mostek się grzeją, lepiej użyć transformatora z wyższym napięciem i polegać na stabilizacji prądu przez źródło, tylko że wówczas będzie sie na nim wydzielała moc. Stabilizacja napięcia nic nie da, bo co za różnica czy moc wydziela się na źródle czy na stabilizatorze. Najlepszym wyjściem byłby zasilacz impulsowy, ale wówczas projekt już nie byłby taki prosty (no chyba że znajdziesz jakiegoś gotowca 36V/2.5A). Tak więc musisz się liczyć z mocą traconą w źródle i wyposażyć MOSFET w jakiś choćby nieduży radiator, inaczej się z nim pożegnasz.

    0
  • #5 06 Mar 2014 01:21
    cloudpol7
    Poziom 16  

    Już wszystko jasne.
    Pozbyłem się pojemności filtrujących zakłócenia na wejściu/wyjściu stabilizatora bo chciałem zmniejszyć ilość elementów, pomniejszyć płytkę ale dla spokoju wrzucę ze 100nF SMD bo i tak większość tam w SMD mam w projekcie. Co do potencjometru to kawałek przewodu nie powinien zaszkodzić bo jego rezystancja nie wpłynie na całość R, a z napięciami to wiem że to wyjdzie w praktyce i wtedy się dopasuje całość dokładnie bo teraz ciężko mi nawet określić napięcie przewodzenia diody led przy pełnej mocy czy spadek napięcia zasilania.
    Jak już dojdzie do mnie dioda i zrobię całość to w razie problemów jeszcze podpytam a na razie dzięki wielkie za pomoc.

    0
  • #6 06 Mar 2014 02:33
    kspro
    Poziom 27  

    Z potencjometrem nie chodziło mi o rezystancję kawałka przewodu ale o zakłócenia, które będzie ten przewód łapał, zwłaszcza gdy na jego końcu będzie 100kΩ czy więcej. Co prawda na płytce jest kondensator 10nF, który niejako "uziemi" taką "antenę", ale jednak układ jest w ten sposób podatny na czynniki zewnętrzne. No nic, wypróbujesz, w razie czego będziesz musiał skrócić przewody do absolutnego minimum i ewentualnie zaekranować.
    Jeszcze odnośnie źródła prądowego. Z opisu LED na schemacie 70W 30-36V wynikałoby, że max prąd jest około 2A, więc zakładając spadek na złączu baza-emiter w granicach 0.6-0.65V wychodzi, że opornik w źródle powinien być 0.33Ω, obecne 0.25Ω to chyba za mało. W każdym razie do prób wstaw tam większy, np. 1Ω, żeby nie ryzykować, a dopiero jak wszystko ruszy wstaw docelowy. Mam nadzieję, że taka podmiana jest możliwa i łatwa, bo ten opornik musi mieć moc 2W minimum, więc chyba nie jest SMD? Zanim podłączysz LED możesz wypróbować PWM na jakiejś żarówce samochodowej, przy okazji możesz zmierzyć amperomierzem czy źródło prądowe ma zakładaną wydajność (PWM na max). W końcu taki LED trochę jednak kosztuje. Oczywiście LED musi być od razu na radiatorze i to solidnym, bo inaczej padnie.

    0
  • #7 07 Mar 2014 12:55
    cloudpol7
    Poziom 16  

    Co do zakłóceń to przy ok.200kHz EMC nie ma chyba dużego wpływu ale to wyjdzie w praktyce. Opornik oczywiście wystarczającej mocy (2x2W).
    I wyszła kolejna niepewność z obliczeń. Teoretycznie LED pobiera max 2,1A. Opornik chciałem użyć 0,235Ω (2 równolegle 0,47Ω) bo zakładałem napięcie otwarcia B-E 0,5V (teraz patrze po notach i widzę że za mało). Zakładając użycie BC848 data sheet powinienem patrzeć na Vbe czy Vbe(sat)?

    0
  • #8 07 Mar 2014 19:46
    kspro
    Poziom 27  

    Na pewno trzeba brać pod uwagę VBE a nie na VBEsat, bo w źródle prądowym tranzystor nie będzie nasycony. Zauważ, że VBEsat podawane jest dla IB=0.5mA i IC=10mA, czyli tranzystor musi być nasycony (jakiś opornik jest w kolektorze), bo przecież β wynosi dużo więcej niż 20. Natomiast VBE podawane jest przy IC=2/10mA i VCE=5V, a prąd bazy nie jest określany, więc wynosi IC/β. Tak się szczęśliwie składa, że dane VBE włącznie z wykresem w funkcji prądu podawane są dla 5V, a właśnie mniej więcej tyle będzie w układzie źródła na MOSFET. Trzeba jednak wziąć pod uwagę zmiany w funkcji temperatury, dlatego na wszelki wypadek lepiej nie celuj dokładnie w teoretyczne 2.1A tylko w trochę mniej.

    0