nabbla (nabbla1) wrote,
nabbla
nabbla1

Category:

12-вольтовый драйвер светодиодов с температурной компенсацией

Продолжаем эпопею с "офф-гридом" на даче. В прошлый раз показывал стабилизатор тока светодиодов на транзисторе ГТ403Б и ещё паре компонент. В эти выходные на даче полез за чашкой - и обнаружил ещё один свой "долгострой" - я хотел сделать светодиодное освещение над раковиной, 300 люкс, отпилил подходящую алюминиевую пластину, привинтил посерёдке плату с тремя светодиодами Cree XP-G, а до "драйвера" опять руки не дошли.



В этот раз, для разнообразия, решил применить готовую платку понижающего импульсного преобразователя. Сделал сначала "по инструкции", но мне не понравилось - "неаккуратненько" - и я его подключил немножко по-другому, поэффективнее, и ещё и с температурной компенсацией! И всего-то двумя копеечными деталями больше.



Эти стабилизаторы мне достались от ___lin___ вместе с кучей других электронных штук. ЖК-экранчик мучаю вовсю, шильд для microSD-карточки тоже пригодился, вот и до стабилизаторов дело дошло. Их у меня 2 штуки. Максимальный ток 3 ампера, входное напряжение до 40 вольт, выходное задаётся с помощью внешнего резистора, но также упоминается схема источника тока:



Зря, я считаю, они написали убрать резистор R2: его сопротивление 1210 Ом, так что на фоне токозадающего резистора, который мы впаяем ПАРАЛЛЕЛЬНО ему, он вообще погоды не сделает! Для начала я спаял именно такую схему, но без издевательством над R2. Мне нужен был ток 0,8 ампера, как и в туалете, так что я поставил резистор 1,5 Ом, 2 Вт:



Подключил к лабораторному источнику питания - и убедился, что работает. Но работает "не очень":


При 10,5 вольтах, ток через светодиоды (и через всю схему) лишь 0,47 А вместо требуемых 0,8, и только к 11,5 вольтам устанавливается нужный ток. Да, после этого он держится "как вкопанный", а ток, потребляемый от источника напряжения, уменьшается. Падение напряжения на светодиодах при токе 0,8 ампера: 9,4 вольта. Понятно, что при таком включении ещё 1,23 вольта просто обязаны падать на токозадающем резисторе, что даёт уже 10,63 вольта. Прибавляем сюда напряжение насыщения ключа в микросхеме LM2596SX-ADJ примерно в 0,85 вольта (так нарисовано в даташите) - и получаем те самые 11,48 вольт, с которых начинается стабилизация. До этого ключ тупо "открыт настежь", но из-за большого резистора и большого напряжения насыщения самого ключа (это тебе не германиевый транзистор :)) ток идти попросту не желает!

Может показаться: нам 10,5 вольт и не надо, если такие глубокие циклы аккумулятору устраивать, он и года не протянет. Но это если не учитывать падение напряжения на подводящих проводах. Чтобы не потонуть в толстенных проводах, я считал, что потерять 5-10%, или 0,6..1,2 вольта на них вполне допустимо, и тогда очень желательно, чтобы драйвер мог бы устойчиво работать с 10,5 вольт или близко к тому.

Из-за больших падений напряжения и к.п.д схемы не так уж велик: на 11,5 вольтах он такой же (!!!), как у нашего ГТ403Б, и составляет 82%. На штатных 12 вольтах, получаем 81%, и только к 14,5 вольтам он наконец-то поднимается до умопомрачительных 83%. Да, наш германиевый транзистор на 12 вольтах даёт 78%, а на 14,5 вольтах: 65%, так что какой-то небольшой выигрыш всё-таки есть :)

Но необходимость терять 1,23 вольта на резисторе как-то бесит, поэтому я решил сделать "сдвиг уровня" на маломощных диоде (наподобие 1N4148 / КД522) и резисторе 3,3 кОм, 75 мВт:


Мелкий резистор с диодом я припаял прямо на плате со светодиодами: очистил две дорожки от белой "маски", и напаял туда. Токозадающий резистор (а точнее, два параллельно, 1 Ом 0,5 Вт и 3,9 Ом, 0,125 Вт) впаял на плату преобразователя, разорвав дорожку от -IN до -OUT. Ну а резистор R2 всё-таки выпаял, вот теперь 1210 Ом на "землю" реально мешаются!
IMG20200525002035.jpg

Идея в том, что преобразователь старается поддерживать на 4-й ножке образцовое напряжение 1,23 вольта. В исходной схеме он наращивал ток до тех пор, пока падение напряжения на резисторе не достигнет этих 1,23 вольт, что очень расточительно, а здесь на резисторе должно падать на 0,619 вольта меньше, т.е 0,611 вольт. Поэтому эффективность возрастёт, и схема сможет работать с более низких напряжений.

Вот что получается:


Как и ожидалось, теперь схема выходит на номинальный ток уже к 11 вольтам, но и на 10,5 вольтах ток составляет 0,7 ампера, что сильно лучше, чем 0,47 :) И эта схема во всём рабочем диапазоне уже ведёт себя лучше, чем схема на ГТ403Б, по крайней мере, та моя схема, где я на теплоотводе решил сэкономить, в итоге поплатившись малой стабильностью.

То, что ток светодиодов и потребляемый ток на диапазоне 8..11 вольт чуть-чуть не совпадает - "ошибка эксперимента", я питающее напряжение и потребляемый ток списывал тупо со своего китайского лабораторного блока питания, а они показывают "плюс-минус лапоть".

А вот снижение тока светодиодов по мере роста напряжения - это чёткий факт, падение напряжения на токозадающем резисторе я снимал хорошим мультиметром с 4 значащими цифрами. Но ток снижается не из-за того, что напряжение растёт, а потому что я всю эту ВАХ начал снимать С КОНЦА, с 15,4 вольт, и в этот момент светодиоды были ХОЛОДНЫЕ. И по мере их разогрева, рос ток через них.

"Виной" тому - разогрев диода. При возрастании температуры на 1 °С, падение напряжения на нём снижается на 2 мВ, поэтому эти же 2 мВ должны упасть на токозадающем резисторе, что прибавляет нам 2,5 мА тока. Пока мы измеряли от 15,4 вольт до 12 вольт (а поскольку я это делал по рабоче-крестьянски, переписывал в тетрадочку, и процесс был небыстрый), диод успел разогреться аж на 8 °С, благо он припаян непосредственно на алюминиевую плату светодиодов. И как результат, ток увеличился аж на 20 мА.

(потом, закончив снятие характеристики, я снова выставил 15,4 вольта, и теперь ток через светодиоды был выше, т.е действительно дело в температуре, а не в напряжении)

И это можно назвать фичей: светодиоды несколько теряют световой поток при заданном токе с ростом температуры. У CREE XP-G зависимость такая:


Снижение на 30% за 125 °С, или 0,24% на градус. Значит, если у нас номинальный ток 0,8 ампера, то при повышении температуры на градус, чтобы сохранить тот же световой поток, мы должны увеличить ток на эти 0,24%, или на 2 мА. Мы же поднимаем на 2,5 мА, но диодик всё-таки меряет не в точности температуру светодиодов, а что-то среднее между их температурой и комнатной, так что "перерегулирование" нам не грозит, что-то скомпенсировали - и то хлеб.

Не сказать, что эта термокомпенсация реально нужна в данном случае: я стараюсь светодиоды не перегревать так, как это делают в "покупных" светильниках, в установившемся режиме алюминиевая пластина разогревается от силы до +40 °С. Но просто если кто-то возмутится, что добавление диода ухудшает стабильность схемы, и надо было стиснуть зубы и согласиться на падение напряжения 1,23 вольта на резисторе, я могу сказать: добавление диода УЛУЧШАЕТ СТАБИЛЬНОСТЬ СВЕТОВОГО ПОТОКА, хотя человек всё равно такие изменения не почувствует при всём желании :)

Как-то так оно выглядит "снизу":


Поддон для воды выполняет роль плафона, а в алюминиевый профиль справа я "врезал" выключатель, как раз под ручкой дверцы. Надо включить свет - рукой нащупываешь этот выключатель.
Tags: маньяк-эколог, освещение, странные девайсы
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Формулы приведения, что б их... (и atan на ТРЁХ умножениях)

    Формулу арктангенса на 4 умножениях ещё немножко оптимизировал с помощью алгоритма Ремеза: Ошибка уменьшилась с 4,9 до 4,65 угловой секунды, и…

  • Алгоритм Ремеза в экселе

    Вот и до него руки дошли, причина станет ясна в следующем посте. Изучать чужие библиотеки было лениво (в том же BOOSTе сам чёрт ногу сломит), писать…

  • atan на ЧЕТЫРЁХ умножениях

    Мишка такой человек — ему обязательно надо, чтоб от всего была польза. Когда у него бывают лишние деньги, он идёт в магазин и покупает какую-нибудь…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments