питание мощного светодиода Опции

[pfa]

Возникло желание смоделировать этот источник тока. Посмотрел документацию - не понтно две вещи:
1. Как организована коррекция ОС (для обеспечения устойчивости). На структурной схеме никаких корректирующих звеньев не обозначено.
[attachment=13743:attachment]
Внешняя коррекция в типовой схеме включения также не предусмотрена. Обошлись без коррекции или просто ее не показали на структурной схеме?

Что такое коррекция ОС?
Т.е. что в ней корректировать?
Приведенная вами схема - это нерегулируемый преобразователь, у него делитель R1-R2 встроен.
У регулируемого - вынесен наружу.
Если вы, конечно, об этом.

2. Вроде как изначально шел разговор о преобразователе с высоким КПД. А у этой схемы падение напряжения на открытом транзисторе может достигать 1.2B (если я правильно понял). Тогда выходном напряжении 3.2В высокий КПД не получится.

"За то, чтобы наши желания всегда совпадали с нашими возможностями!"
Просто это единственное достойное, что удалось найти по доступной цене (т.е. дешевле $7) и не по предзаказу.
КПД у меня получился порядка 81%, в принципе - переживаемо.
Ну и по графикам в даташите КПД самый высокий на больших токах и высоких коэффициентах заполнения. Почему - не понимаю, но это как раз то, что нужно

[Stanislav]

...Только вот почему 2.7В, а не 4? Вроде бы 1В на аккумулятор - предельное значение?

2,7 вольта - предельно допустимое напряжение для 3-х аккумуляторов под нагрузкой, конечно.
Для четырёх аккумуляторов оно будет равно 0,9*4=3,6 (В). Это напряжение отключения. Минимально допустимое напряжение включения составит 1,0*4=4 (В), или даже немногим более. Связано это с тем, что под нагрузкой аккумулятор "проседает". Поэтому, схема защиты от переразряда (UVLO) должна обладать гистерезисом.
Если отключение делать при 4В, в акумуляторах будет оставаться слишком много неизрасходованной энергии.

...Планирую использовать Luxeon III Blue (LXHL-LB3C).
Ну или его аналог от Edisson opto.
Что кондер нужен - уже понял. После того, как вернул его на место, просадка напряжения ушла.
А вот по поводу питания импульсным током - интересно. Сейчас очень многие делают регулировку яркости ШИМом (даже Пецл балуется). Причем аргументируют как раз тем, что импульсный ток не вреден и регулировать просто.

Я писал о предельно допустимом импульсном токе. Для приведённого Вами СИД он равен 1А. Если средний ток через диод будет равен 1А при скважности, например, 2, то импульсный ток будет равен 2А, что быстро приведёт к деградации светодиода.

...Спасибо. Оффтопный вопрос: а чем они лучше электролита? Током утечки?

ESR на ВЧ меньше.

...Прошу прощения за некачественную картинку - я сейчас на работе и рисовать не в чем, поэтому выдрал из даташита.

Ещё раз: такая схема для питания СИД не годится. Нет ОС по току.

...Кстати, второй оффтопный вопрос: на чем лучше мотать индуктивность? Есть некоторое количество ферритовых колечек и несколько гантелей. Насколько я понимаю, гантель предпочтительнее, т.к. колечко из феррита с высокой проницаемостью быстро входит в насыщение.

На гантели, ИМХО, лучше. Только марка феррита должна соответствовать частоте преобразователя.

...Если выбрать ее равной, к примеру, 10% от номинального значени - плохо ни светодиоду, ни системе ОС не будет. В крайнем случае понадобится инерционное звено (RC-цепочка) на выходе уситителя датчика тока.

Возможно, и так. Но лучше не экспериментировать с дорогим прибором, и пульсации тока снизить до минимума. Или выбрать среднее его значение меньшим предельно допустимого.

...Удаление ескостного элемента из силового контура очень хорошо сказывается на обеспечении устойчивости системы стабилизации. И если оставлять его - то уж точно не 300 мкФ. Думаю, 1 мкФ достаточно будет.

Обеспечение устойчивости в правильно рассчитанной схеме с НТ дросселя и вых. конденсатором не вызовет большой сложности - ОС-то токовая.
Насчёт величины ёмкости согласен: хватит и единиц-десятков микрофарад (в зависимости от частоты). Наверное, вместо тантала можно и керамику поставить...

Согласен, и даже больше – потери будут 0,65*2*0,5=0,65 Вт. Значит, шоттка отпадает.

Вы меня загипнотизировали - впрочем, ночью это бывает возможно. Конечно, на диоде будет выделяться более 600 мВт.

с. 7:
When VIN approaches VOUT, the buck-boost region is reached where the conduction time of the four switch region is typically 150ns.
Я понимаю это как суммарное время переключения одной и второй пары ключей, каковое время далее указано как ограничение максимального коэффициента заполнения в переходной области.

Нет, это совсем не так. 150нС - минимальное "неактивное" время (duty cycle) в buck режиме, которое определяется ограничением на к-т заполнения в самой микросхеме. В этом нетрудно убедиться, внимательно прочитав всю страницу 7.
Сам процесс же переключения в мелких полевиках происходит очень быстро (если драйвер нормальный, и сами полевики шустрые) - единицы наносекунд, и на динамические потери ток через полуоткрытый канал при этом сильно влиять не должен. Впрочем, при таком напряжении ёмкостные потери на переключение также должны быть весьма малы.
На той же странице - время break-before-make установлено всего в 20нС.

...Из рис. 1 следует, что в каждом интервале периода коммутации к паре последовательно соединённых ключей прикладывается сумма входного и выходного напряжений. Считая, что напряжения на верхнем и нижнем ключах распределяются примерно поровну, эквивалентную схему для расчёта динамических потерь в переходной области можно представить в виде последовательно соединённых источника напряжения равного полусумме входного и выходного напряжений, ключа с временем переключения 150 нс и нагрузки 1 А, откуда и получены 300 мВт для Vin=4 В.
PS. Под активным состоянием подразумевается процесс включения (выключения), показанный на картинке, каковой процесс аппроксимируется линейным изменением напряжения на ключе и тока в нём. Мощность потерь пропорциональна коммутируемым напряжению и току и длительности процесса переключения и обратно пропорциональна частоте коммутации.

Ничего не понимаю. На какой картинке?

...Если мы говорим об одном и том же, то прямо пропорциональны току нагрузки.

Наверное, всё-таки о разном...

2. Вроде как изначально шел разговор о преобразователе с высоким КПД. А у этой схемы падение напряжения на открытом транзисторе может достигать 1.2B (если я правильно понял). Тогда выходном напряжении 3.2В высокий КПД не получится.

Конечно, выбор М/С нельзя назвать удачным. Лучше, как я и писал, поискать с синхронным выпрямителем (напр., LM2651, или другую подобную). Кстати, у неё и UVLO напряжение отключения равно 3,8В - вполне подходяще, доп. защита не потребуется.

[AML]

Обеспечение устойчивости в правильно рассчитанной схеме с НТ дросселя и вых. конденсатором не вызовет большой сложности - ОС-то токовая

Это понятно. Только при создании адекватной модели для симулятора мне необходимо знать о наличии/отсутствии внутренней коррекции. Иначе результаты моделирования не будут совпадать с реальными.
Вот, к примеру, упрощенная модель выбранной микросхемы, построенная согласно структуре из документации (за исключением токовой защиты).

Но она уже типовую схему включения обсчитывает не совсем корректно - есть гармонические колебания на выходе. Наверняка в структуре сидит какое-то корректирующее звено (инерционное или ПИД). Но в документации об этом не говорится. Также я ничего не нашел там о плавном пуске (без него перерегулирование при запуске нехилое получается)

[wim]

Нет, это совсем не так. 150нС - минимальное "неактивное" время (duty cycle) в buck режиме, которое определяется ограничением на к-т заполнения в самой микросхеме. В этом нетрудно убедиться, внимательно прочитав всю страницу 7.
Сам процесс же переключения в мелких полевиках происходит очень быстро (если драйвер нормальный, и сами полевики шустрые) - единицы наносекунд, и на динамические потери ток через полуоткрытый канал при этом сильно влиять не должен. Впрочем, при таком напряжении ёмкостные потери на переключение также должны быть весьма малы.
На той же странице - время break-before-make установлено всего в 20нС.

Ничего не понимаю. На какой картинке?

Figure 1.
По Вашему совету внимательно прочитал всю страницу - последняя формула для buck-boost вот такая:
VIN = VOUT • (1 – DC4SW) = VOUT • [1 – (150ns • f)],
где очевидным образом присутствует время 150 нс. Полагаю всё-таки, что 20 нс - это защитный интервал между переключением верхнего и нижнего ключей в каждой паре, а время переключения самих ключей - 150 нс. Если бы это было "неактивное" время, формируемое схемой управление, оно бы присутствовало где-нибудь в явном виде - или в параметрах или на структурной схеме.

[AML]

Что такое коррекция ОС?
Т.е. что в ней корректировать

Коррекция ОС - это формирование такой передаточной характеристики цепи ОС, при котором замкнутая система является устойчивой. Неустойчивость в простейшем случае - это колебания на выходе стабилизатора напряжения. В приведенной выше схеме эти колебания уже присутствуют. Если же повысить коэффициент передачи усилителя расстогласования, то они увеличиваются.

Однако, увеличение этого коэффициента часто нужно, чтобы обеспечить точность стабилизации выходного напряжения. А с пульсациями борятся введением в тракт обратной связи интегрирующих (в простейшем случае), ПИД (пропорционально-интегрирующе-дифференциальные) звенься, либо аналогичными мерами, которые которые подробно рассмотрены в теории автоматического управления (ТАУ).

[wim]

Возникло желание смоделировать этот источник тока. Посмотрел документацию - не понтно две вещи:
1. Как организована коррекция ОС (для обеспечения устойчивости). На структурной схеме никаких корректирующих звеньев не обозначено.
Внешняя коррекция в типовой схеме включения также не предусмотрена. Обошлись без коррекции или просто ее не показали на структурной схеме?

Для уменьшения запаздывания фазы они используют нуль, образованный ёмкостью выходного конденсатора и его ESR, о чём свидетельствует фраза из описания:
However, when operating in the continuous mode, reducing the ESR below 0.05Ω can cause instability in the regulator.
Плюс к этому характеристика операционного усилителя содержит хотя бы один полюс - вот и получается в итоге частотная коррекция.

Это понятно. Только при создании адекватной модели для симулятора мне необходимо знать о наличии/отсутствии внутренней коррекции. Иначе результаты моделирования не будут совпадать с реальными.
Вот, к примеру, упрощенная модель выбранной микросхемы, построенная согласно структуре из документации (за исключением токовой защиты).
Но она уже типовую схему включения обсчитывает не совсем корректно - есть гармонические колебания на выходе. Наверняка в структуре сидит какое-то корректирующее звено (инерционное или ПИД). Но в документации об этом не говорится. Также я ничего не нашел там о плавном пуске (без него перерегулирование при запуске нехилое получается)

А Вы добавьте последовательно с выходным конденсатором его ESR (типовое значение из справочника) - сразу увидите разницу. ОУ тоже желательно брать не идеальный, а что-нить с частотой единичного усиления порядка 1 МГц (очень распространённый вариант).

[pfa]

2,7 вольта - предельно допустимое напряжение для 3-х аккумуляторов под нагрузкой, конечно.
Для четырёх аккумуляторов оно будет равно 0,9*4=3,6 (В). Это напряжение отключения. Минимально допустимое напряжение включения составит 1,0*4=4 (В), или даже немногим более. Связано это с тем, что под нагрузкой аккумулятор "проседает". Поэтому, схема защиты от переразряда (UVLO) должна обладать гистерезисом.
Если отключение делать при 4В, в акумуляторах будет оставаться слишком много неизрасходованной энергии.

А как ввести в схему ОС гистерезис?

На гантели, ИМХО, лучше. Только марка феррита должна соответствовать частоте преобразователя.

Ну на 53 КГц почти все ферриты пойдут. У меня гантельки из 600НМ, по-моему.
Другой вопрос, что если мотать на гантеле - рассчетную индуктивность в 200 мкГн я получу где-то на 200 витках. Если мотать относительно толстым проводом - 200 витков не влазят на мою гантельку, а если тонким - сопротивление становится весьма ощутимым.

Возможно, и так. Но лучше не экспериментировать с дорогим прибором, и пульсации тока снизить до минимума. Или выбрать среднее его значение меньшим предельно допустимого.

Я решил остановиться на 0.7А. Во избежание

Насчёт величины ёмкости согласен: хватит и единиц-десятков микрофарад (в зависимости от частоты). Наверное, вместо тантала можно и керамику поставить...

А Вы добавьте последовательно с выходным конденсатором его ESR (типовое значение из справочника) - сразу увидите разницу. ОУ тоже желательно брать не идеальный, а что-нить с частотой единичного усиления порядка 1 МГц (очень распространённый вариант).

Т.е. получается, что ESR надо не уменьшать, а увеличивать.
Тогда, кстати, становится понятна нестабильность при убирании конденсатора.
Что лучше ставить в этом случае? Керамику?

Конечно, выбор М/С нельзя назвать удачным. Лучше, как я и писал, поискать с синхронным выпрямителем (напр., LM2651, или другую подобную). Кстати, у неё и UVLO напряжение отключения равно 3,8В - вполне подходяще, доп. защита не потребуется.

А что такое "синхронный выпрямитель"?
Да, действительно, приятная микросхемка. Хм...




LM2651 можно найти. $6.5. Мда...

[wim]

Т.е. получается, что ESR надо не уменьшать, а увеличивать.
Тогда, кстати, становится понятна нестабильность при убирании конденсатора.
Что лучше ставить в этом случае? Керамику?

Выбор ESR в данном случае - компромисс между пульсациями и устойчивостью. У керамики ESR ещё меньше - порядка ед. мОм, так что здесь она вряд ли подойдёт. Лучше всего - обычный электролит (не Low ESR). Для питания светодиода 50 или даже 100 мВ пульсаций выходного напряжения не очень существенны.
При убирании конденсатора - тут другая фича. Посмотрите на Figure 1 - внутренняя схема управления усиливает разность напряжений (снимаемого с выходного делителя и опорного 1,23 В) и сравнивает оную с "пилой", формируемой внутренним генератором. Отношение этого постоянного напряжения рассогласования к амплитуде "пилы" - это коэффициент заполнения, изменяя который схема управления стабилизирует выходное напряжение (в данном случае - ток). Но это работает так, если у выходного напряжения пульсации небольшие по сравнению с амплитудой "пилы". Если убрать выходной конденсатор, пульсации напряжения будут гораздо больше (в данном случае - амплитуда пульсаций тока в дросселе, помноженная на сопротивление токового датчика и во-сколько-то-раз усиленная). При таких пульсациях коэффициент заполнения будет хаотично меняться.

[pfa]

Выбор ESR в данном случае - компромисс между пульсациями и устойчивостью. У керамики ESR ещё меньше - порядка ед. мОм, так что здесь она вряд ли подойдёт. Лучше всего - обычный электролит (не Low ESR). Для питания светодиода 50 или даже 100 мВ пульсаций выходного напряжения не очень существенны.
При убирании конденсатора - тут другая фича. Посмотрите на Figure 1 - внутренняя схема управления усиливает разность напряжений (снимаемого с выходного делителя и опорного 1,23 В) и сравнивает оную с "пилой", формируемой внутренним генератором. Отношение этого постоянного напряжения рассогласования к амплитуде "пилы" - это коэффициент заполнения, изменяя который схема управления стабилизирует выходное напряжение (в данном случае - ток). Но это работает так, если у выходного напряжения пульсации небольшие по сравнению с амплитудой "пилы". Если убрать выходной конденсатор, пульсации напряжения будут гораздо больше (в данном случае - амплитуда пульсаций тока в дросселе, помноженная на сопротивление токового датчика и во-сколько-то-раз усиленная). При таких пульсациях коэффициент заполнения будет хаотично меняться.

Спасибо.
Т.е. поставить электролит в несколько мкФ?
Или можно все же тантал - он покомпактнее все-таки?

[wim]

Спасибо.
Т.е. поставить электролит в несколько мкФ?
Или можно все же тантал - он покомпактнее все-таки?

Если тантал - гляньте в справочник, какое у него там ESR. Если таки меньше 0,05 Ома, можно последовательно с ним поставить малоиндуктивный резистор (0,1 Ом два впараллель).

[Stanislav]

Спасибо.
Т.е. поставить электролит в несколько мкФ?
Или можно все же тантал - он покомпактнее все-таки?

Тантал лучше. Ёмкость выберите в диапазоне 33-100 мкФ для 50 кГц.

Если тантал - гляньте в справочник, какое у него там ESR. Если таки меньше 0,05 Ома, можно последовательно с ним поставить малоиндуктивный резистор (0,1 Ом два впараллель).

Таких танталов встречать не приходилось. Обычно - что-нить вроде 500 мОм - 1 Ом на 100 кГц. Есть, правда, POSCAP-ы, но не о них сейчас речь.
Обычные кондёры хуже - пульсация достаточно большая может получиться. Это может нарушить работоспособность ШИ-регулятора.
Насчёт керамики для рассматриваего регулятора - согласен, ухудшит она устойчивость. А для LM2651 можно и керамику, наверное.

[AML]

Попробовал смоделировать схему токового стабилизатора в MicroCAP.
Модель использовал вот такую:

Остаточное напряжение на моделируется последовательно включенным источником напряжения 0.9В,
светодиод - последовательным включением обычного диода и источника напряжения 3.1В.
При напряжении питания 7В выход на режим при включении получается вот таким (при L=200мкГ и C= 200мкФ)

Индуктивность дросселя можно как минимум уменьшить вдвое (до 100 мкГ).

А вот дальше (50 мкГ)- уже переходит в "икающий" режим (с прописком тактов). При этом дроссель вплотную приблидается к режиму разрывных токов, что в этой схеме недопустимо.

Уменьшение ескости конденсатора ниже 100 мкФ еще допустимо, а дальше также наступает "икающий" режим.


И еще. Минимальное напряжение, при котором осуществляется стабилизация - 5,5В.
Схемный файл для моделирования в MicroCAP - в прикрепленном архиве.

Прикрепленные файлы

 OPN1_i.rar ( 6.13 килобайт ) Кол-во скачиваний: 35

 

[wim]

Остаточное напряжение моделируется последовательно включенным источником напряжения 0.9В,
светодиод - последовательным включением обычного диода и источника напряжения 3.1В.
При напряжении питания 7В выход на режим при включении получается вот таким (при L=200мкГ и C= 200мкФ)

Реальный переходный процесс при включении питания будет, конечно, другим, поскольку у микросхемы есть ограничение тока ключа на уровне примерно 2 А (current limit). А в целом - похоже (почти апериодический процесс).

[AML]

Реальный переходный процесс при включении питания

Реальный переходный процесс при включении питания будет, конечно, другим, поскольку у микросхемы есть ограничение тока ключа на уровне примерно 2 А (current limit).

Блин, забыл модуль ограничения тока подключить. С ним - вот так будет

[wim]

Таких танталов встречать не приходилось. Обычно - что-нить вроде 500 мОм - 1 Ом на 100 кГц. Есть, правда, POSCAP-ы, но не о них сейчас речь.

Ну, ненаю, есть, например, такие вот очень LOWESR-истые конденсаторы.

Реальный переходный процесс при включении питания
Блин, забыл модуль ограничения тока подключить. С ним - вот так будет

Коэффициент усиления внутреннего ОУ выбран =15 - не маловато ли? По идее, должно быть 40-60 дБ, как мимнимум, иначе было бы трудно получить показанное на графике Line Regulation.
И насчёт стабильности - Вы ж говорили, что в MC модели Ридли живут? Дык зарядите её - сразу станет ясно, где чего подправить. Можно, например, не заморачиваться с ESR конденсатора, а добавить коррекцию в усилитель датчика тока.

Прикрепленные файлы

 597d.pdf ( 96.62 килобайт ) Кол-во скачиваний: 92