Izrada LED drivera (Buck converter)

Evo otvorio sam posebnu temu za naš LED driver jer će se u onoj općoj temi sve pogubiti nažalost.

Mali update, simulirao sam sa LTSpice naš driver, nisam uzeo proračunatu vrijednost induktiviteta niti elektrolita, nego sam stavio 47 uH zavojnicu i 47 uF elektrolit.

Sa tim vrijednostima sam uspio postić CCM (constant condution mode), tj da mi struja u induktivitetu nikad ne padne na 0A, kada se sve proračuna za naš slučaj onda ću simulirati sa proračunatim vrijednostima.

ripple mi iznosi svega 20 mVpp, frekvenciju sam uzeo 100 kHz, jer ćemo koristiti jezgru iz PC napajanja, a one rade u tom rasponu od 70 do 110 kHz najbolje. 

Ugs je 11V što je dovoljno da se fet otvori do kraja, neki tjeraju po 13 do 17 V čak, ali po meni nema potrebe, ja uvijek gledam da mi ide od 0.5 do 1V iznad 10V Ugs jer na 10V je potpuno otvoren.

Još do softvera nisam došao, trenutno se baziram na hardver, a usput radim još 2 projekta paralelno ovome.

Zasad hardver na simulatoru, koji je inače jako dobar i vjeran realnim situacijama, izgleda jako dobro, zadovoljan sam karakteristikama, naravno, u realnom svjetu ima dosta čimbenika koji utječu na sklop, a koje simulator nemože izračunati.

Ali imam neku vizualizaciju kontrole preko arduina, napon sa shunta šaljemo na arduino, referenca na arduino će biti postavljena na 1.1V znači komandom: analogReference(INTERNAL); postavljamo referentni napon na 1.1V, znači da će ADC čitatni napon od 0 do 1.1V pošto je samo 10 bitni pretvarati u zapise od 0 do 1024, isto kao i kad je referentni napon na 5V samo ovime dobivamo veću točnost.

Po ovome jednostavnom matematikom 1100/1024 = dobivamo da vrijednost 1 sa ADC odgovara naponu od 1.07 mV (Shunt je namjenjen za 100W ledicu, znači 3 do 4A struje i on iznosi 0.22 ohma), a sa našim shuntom to znači da možemo mjeriti struju od 0.0048 tj 5 mA i kada taj broj pomnožimo sa 1024 dobijemo da imamo raspon struje od 5 mA do 5.12 A što je za naše potrebe i više nego dovoljno :) 

U budućnosti bih ja koristio PID regulator, ima lijep library za arduino, ali za početak sam neku strujnu regulaciju ovako zamislio, znači prosto osnovno, izsimulirat ćemo komparator :)

imamo dolaz sa shunta, i to nam je promjenjiva vrijednost i imamo vrijednost potenciometra koja nam je zadana vrijednost.

koristio bih naredbu if :) 

Pročitao bih vrijednosti potenciometra, koja je isto od 0 do 1024 i vrijednost napona shunta koja je isto 0 do 1024 i onda ih naredbom if uspoređivao :)

Sve se to može i prikazat na displeju, čist toliko da znamo kolika je trenutna vrijednost i kolika je podešena vrijednost :)

Naredbe if bi smanjivale ili povećavale duty cycle dok trenutna vrijednost nije jednaka zadanoj :)

Mislim da čak i za ovu primjenu više od toga netreba, pošto ledica stalno vuče istu struju i nije dinamičko trošilo poput pojačala i sličnih sklopova koje jako brzo mjenjaju vrijednost struje koju vuku iz izvora i samim time ako želimo održat konstantnu vrijednost napona ili struje moramo imati jako brzu povratnu vezu kako bi kontroler mogao reagirati na nagle promjene.

Pa granjanja nebi trebalo biti puno, treba dvije, za mjenjanje duty cyclea na više i na niže, tj ako je trenutna vrijednost niža od zadane da povisuje duty cycle i jedna da snizuje duty cycle ako je zadana vrijednost viša od zadane.

Hvala na pomoći, razumijem ja Arduino i C jezik jer sam ja i prije programirao u c jeziku tako da što se toga tiče zbilja nije problem, ali naravno, ovo nije projekt koji ću ja raditi pa tu postati shemu i program... a ne ne, ovdje će svatko tko želi sudjelovati :) iznositi svoje ideje, gledajte naš program kao Linux :) open source, svako dodaje kaj želi i unaprijeđuje ga hehe.

Evo imam shemu koju koristim u simulacijama :) Stavio sam ju u privitak.

Naravno ja bi tu dodao i temperaturne zaštite i sve ostale mehanizme koji bi štitili LED-icu :) Ali lako za to, prvo da mi imamo funkcionalan prototip :)

IRF5305 ćemo i koristiti, samo kod mene nema u programu IRF5305, moram model u LTspiceu sredit.

Pulse generator je tebi u programu generator funkcija, pravokutni signal, 100 kHz, amplituda 2.5V, DC offset 2.5V, duty cycle po želji :)

U ovom programu nije sve baš tak jednostavno ali je zato odličan simulator :)

Ovo je shema za napajanje od 15V maksimalno, za veći napon napajanja treba ograničiti napon Ugs, to ću vjerojatno zenericama srediti :)

Hvala na ponudi, uzeo sam ja u elmatisu jezgru, za nju imam sve moguće podatke, a i dimenzijama može poslužiti i za jače struje, tipa 10A :) 

Za neki tekst o Litz Wire imate na wikipediji, po meni sasvim dovoljno opisano :) 

Evo i slika jezgre, žice i litz žice 

Ja malo to zakomplicirao, pa dodao high side driver i n kanalni fet, derem 2.5 do 3A bez ikakvih hladnjaka :) Stavim shemu uskoro, sam da ju nacrtam u nekom od programa.

https://www.dropbox.com/s/8wrymtxlmyv0q6c/20150125_210232.jpg?dl=0

Evo slika da malo vidite na kaj to liči, komponente su jako stisnute i vodovi su jako kratki jer na 110 kHz je svaki komad vodiča antena koja unosi smetnje u sklop.

Samo sam tu imao, a da sam joj znao karakteristike, naravno da je ona predimenzionirana za ovu aplikaciju, ali za testiranje je tako svejedno. Pretvarač će isto raditi sa njom ili sa onom iz napajanja :)

Pozdrav, high side driver je IR2117, njega sam uzeo jer je lako dostupan, njegovi kapaciteti su (source/sink 200/420mA) i više nego dovoljni za drive IRFZ44N, koji ima total gate charge od 63 nC :) 

Bootstrap dioda je UF4007 koja je brza verzija dobro nam znane 1N4007, naravno tu može ići bilo koja brza dioda, tipa 1N4148 i slične. Bootstrap kondenzator je elektrolit 2.2 uF 25V i paralelno njemu keramika od 100 nF. Ako se koriste tantali ili low-ESR elektroliti onda je keramika u paraleli nepotrebna.

Morate imati na umu da kod ove vrste high side drive-a ne očekivate 100% duty cycle jer je kondenzatoru potrebno neko vrijeme da se ponovo napuni, realno je očekivati kojih 50 do 65 % konstantnog duty cyclea, ovisno o kapacitetu upotrebljenog kondenzatora.

Ako okinete 90 ili 100% duty cyclea, elektrolit će se isprazniti, driver će otići u UV lockdown i napon na izlazu će past na nulu pošto drive tranzistora prestaje.

Ako želite 100% duty cyclea, onda vam treba ili posebno izolirano napajanje za drive ili charge pump koja će držati elektrolit punim cijelo vrijeme.

Jakove hvala na ponudi :) ko da si mi poklonio.  imam na lageru trenutno irfz44n i irf3205 pa ću njih koristiti :) Ovi bi ti dobro došli za neki sinkroni buck, nikad se nezna, možemo i to dodati :) 

Jedan mali hint, ljudi često gledaju samo Rds pa kad vide neki niski tipa 1-2 mOhm kažu da je ovaj savršen i kad ga stave u sklop on se grije više od naprimjer IRFZ44N, a to je zato jer ne čitaju datasheet, jer da čitaju, vidli bi da je total gate charge tipa 120 ili 150 nC pa čak i više, i takvi tranzistori su "teški" za drajvanje, tj istiskuju drivere koji imaju više vrijednosti impulsnih struja koje mogu isporučiti, te ako oni nisu u mogučnosti to isporučiti, mosfet se ne otvara dobro, javljaju se gubici uslijed sklapanja jer ga nije brzo otvorio i zatvorio i nakraju takav mosfet ima lošije performanse od nekog generičkog mosfeta poput irfz44n.

Naravno ovaj mosfet kojeg jakov ima i nije težak za drive, ovaj driver bi ga mogao pogoniti bez problema :)

I da, što je frekvencija veća, to je i potreba za strujom za drive veća :) 

Sve to treba uzeti u obzir kada se dizajnira drive tranzistora :) 

Ovdje jedan IRFZ44N bez beda trpi 3A konstantno bez ikakvih hladila, a vjerojatno bi mogao i više ali nisam imao ga čime ispitati xD 

SG3525? Ili nešto jednostavnije/modernije

E to je to!

Vidio sam da se i na modernim kontrolerima za motore koristi analogni dio za limit i kontrolu struje, ok iznimka su neki napredni 32 bitni procesori.