Здравствуйте.

Обычно я не задаю вопросы, стараюсь разобраться во всем сам, но теперь уже точно тупик. Буду очень признателен, если поможете.

Есть вот такая схема (только контроллер ATTiny26, не было его картинки в программе), но суть та же.


Так вот эта элементарная схема потребляет 5В / 0.9А в том случае, когда на светодиоде появляется 3.6В / 0.7А. Уже и транзисторы менял и контроллер - никак мне не понять, почему так.

Понимаю, вопрос достаточно абстрактный, но может встречался с этим, когда шим делал?

(zxsc300/400 не подходит, так как нужен еще контроль разряда и пр. вещи типа плавного пуска для красоты)

Заранее спасибо ответившим.


Даташит на ATTiny26
Даташит на zxtn2007g

Даташит на проц и транзистор здесь не поможет . Все дело в светодиоде. Светодиод - не лампочка, его нужно питать током, а не напряжением. Для маломощных светодиодов тупо ставится токоограничительный резистор, для мощных - специальный драйвер. В вашей же схеме ток через светодиод будет превышен во много раз.
Впрочем, не совсем понятно, что у вас за светодиод. Смущает надпись на схеме 3,6V 700mA - это мощный трехваттный светодиод? Смущает, что, по вашим словам

странное совпадение

Светодиод перенесите в цепь коллектора. Последовательно со светодиодом добавьте токоограничительный резистор на (5-3,6)/0,7=2 Ома и 0,7*0,7*2 = 1..1,5 Ватта. Между контроллером и базой добавьте резистор 560..680 Ом.
Если Вам нужен КПД побольше, используйте драйвера для светодиода. Или попробуйте реализовать его на контроллере.

Да, вы во всем правы. Только я даю на базу такую скважность сигнала, что на светодиоде в среднем выходит 3.6В и при этом устанавливается ток 0.7А. Можно поставить конденсатор, он заровняет всплески, но ничего не изменится. Питать током - это, видимо, жаргон, так как можно дать ЭДС и в зависимости от этого установится сила тока, если источник в состоянии столько дать.

Меня волнует вопрос, почему давая энергию малыми порциями вся система в итоге забирает раза в два больше чем должна. Например, отдавая 3.6В при 0.7А мощность равна 2.52 Вт (кстати, светодиод как раз 2.5 Вт а не 3, как все говорят). Так вот при 5В сила тока должна быть 0.5А плюс потребаление микросхемы (допустим, 0.55-0.6А)

Но почему в итоге получается аж 0.9? Больше даже, чем светодиод при своих 3.6В берет...

Это не жаргон, а реальность. Производитель нормирует ток через светодиод. Если светодиод питать источником напряжения, то при его колебаниях в +/-0,05В ток будет изменятся в пределах +/-100мА Кроме того, к каждому светодиоду придется подбирать свой источник напряжения, так как в силу технологических особенностей падение напряжения на светодиодах одного и того же типа может разное. Для примера откройте даташит на любой светодиод и посмотрите диапазон значения Forvard voltage. Посмотрев на вольт-амперную характеристику светодиода в даташите, можно подумать, что у светодиода есть четкая зависимость тока от нпряжения на нем. НО производитель обычно дает только одну характеристику: для типичного среднего напряжения. Другие приблизительные характеристики можно легко получить, сдвигая данную по оси х вправо и влево на величину разброса Forvard voltage. А потом провести вертикальню линию напротив 3,6В и посмотреть, каков может быть разброс тока при использовании разных светодиодов (одного и того же типа). Вы можете увидеть, что "светодиод при своих 3,6В" может брать не 0,7, а, например, от 0,3 до 1,5А.
Все это говорит о том, что нельзя режим работы светодиода устанавливать, питая его постоянным напряжением, как лампочку.

Чем Вы мерили ток через светодиод. что утверждаете, что он равен 0,7А? А то потребление, которое вы хотите получить, достижимо только с использованием драйвера на основе ШИМ. и то за вычетом его КПД. Делается этот драйвер в большинсве случаев на базе катушки индуктивности, которая служит источником тока для светодиода. Детальнее можете посмотреть в даташите любого драйвера для светодиодов. Например, Zxld1360.
Но даже несмотря на все вышесказанное, в Вашем случае для того, чтобы выдать на светодиод постоянное напряжение 3,6В, нужно на базу транзистора подать 3,6В + Uеб, где Uеб для Вашего транзистора равно приблизительно 1 В. То есть для этого нужно сгладить ШИМ до уровня постоянного напряжения на базе. Весь остаток напряжения (5В-3,6 = 1,4В) должен будет упасть на транзисторе, рассеявшись в виде тепла. Так как ток через светодиод и транзистор почти одинаков, то мощность на транзисторе будет около 1Вт. Но еще раз повторюсь, что таким способом Вы не добъетесь повторяемости схемы и не реализуете широкий диапазон регулировки яркости светодиода.

P.S Для примера разрисовал в пейнте (как описывал в первом абзаце) выдержки из документации на 3-Вт светодиод фирмы seoul W42180 (все параметры его нормирванны для 350мА, а не 700мА). В оригинале на графике была только кривая черного цвета. Из графика видно, что при своих 3,25 один светодиод (с падением 2,9В) возьмет 0,7А а другой (с падением 4В) - даже не засветиться. При токе 0,7А на среднестатистическом светодиоде (черная кривая) левый вообще сгорит, если через него ток не ограничен внутренним сопротивлением источника питания

Огромное спасибо за подробный ответ про свойства светодиода. Я, наконец, понял, зачем нужен резистор на очень низкое сопротивление (на котором измеряется падение напряжения) в стандартных драйверах светодиодов. Я все задавался вопросом, почему это падение не замерять на самом светодиоде.

Ток через светодиод я мерил амперметром, последовательно соединенным со светодиодом (извините, не до конца понял вопрос).

Ваш ответ сильно продвинул к моей цели, но позвольте задать еще несколько вопросов.

1. Получается, что можно делать драйвер светодиода, замеряя падение напряжения именно на светодиоде, только нужно проводить калибровку каждой схемы с целью определить напряжение, при котором установится нужный ток?

2. В вашем предыдущем посте вы рекомендовали поставить резистор в цепи контроллер-база, с какой целью он устанавливается?

3. С какой целью светодиод переносится в цепь коллектора, разве цепи не все равно когда транзистор работает в режиме ключа?

4. В нарисованной схеме я использовал транзистор в режиме ключа, давая квадратный сигнал на светодиод. Т.е. на нем было то 0 то 5В, за счет большой частоты добивался среднего свечения. По каким причинам нельзя использовать такой метод регулировки тока? Почему обязательна катушка индуктивности?

5. Я так понимаю, правильный драйвер светодиода должен через транзистор создавать поле в катушке, а потом через диод отправлять энергию в виде электричества в конденсатор? А почему нельзя просто "накачивать" конденсатор квадратным сигналом через транзистор?


Столько вопросов... Видимо, это азы электроники, но уж больно много одновременно непонятных вещей. Подскажите, пожалуйста.

Нет, нельзя. Потому, что прямое падение напряжения на светодиоде зависит еще и от его температуры. Вы откалибруете при одной температуре и напряжении питания, но при изменении любого из этих параметров ток через светодиод тоже изменится. Причем напомню, что светодиод сам по себе является нагревателем и имеет способность саморазогрева.
Для ограничения базового тока транзистора в схеме с общим эмиттером.
Потому, что так получается схема с общим эмиттером в которой минимальное падение напряжения на открытом транзисторе. На вашем же рисунке схема с общим коллектором, которая не является ключевой.
В вашей схеме ток светодиода ограничивался выходным током вашего блока питания. Если вы возьмете БП помощнее, то либо транзистор, либо светодиод скорее всего сгорят. Ограничить максимальный ток светодиода можно с помощью балластного резистора. Индуктивность для этого не нужна. Соответственно с помощью ШИМ вы сможете уменьшать средний ток от максимального (определяемого балластным резистором) до минимального.
Правильный драйвер светодиода стабилизирует средний ток, протекающий через светодиод. А как именно он это делает уже дело второе. Если вам еще и теорию преобразователей постоянного тока рассказывать, то вы вообще запутаетесь.
Потому, что при этом не будет стабилизации тока нагрузки.

Благодарю за подробный ответ. Пойду читать теорию по свойствам транзистора, катушки и светодиода. Самое главное, теперь понятно, почему по-другому делать нельзя, теперь надо разобраться как сделать так, как это должно быть.

Спасибо.

Снова я за советом... =) В прошлый раз Ваши ответы очень помогли, я сильно продвинулся в понимании схем, переделал существующую, но результат оказался тот же =) Пожалуйста, взгляните на схему, может, что-то подскажете?



Как я рассчитывал:

Ток gate-source на полевом транзисторе должен быть минимален и я подключил контакт gate напрямую к выходу OC1A ATTiny. В случае, если полностью открыть транзистор, возникнет короткое замыкание, поэтому сигнал на gate идет 1мкс +5В, 2мкс 0В. В таком случае, если R1 равен 1 кОм, на нем растет напряжение вплоть до 15В, что значит, что схема работает как рассчитано.

НО! Теперь основная проблема: если R1 взять хотя бы 50 Ом, то напряжение вырастает до 2В а потом AtTiny перезагружается. Явление непонятное. Токи не прыгают - замерял амперметром во всех местах. То есть питать 3Вт светодиод никак не удается.

ATTiny уже 3я по счету, результат не меняется. На схеме выше (первое сообщение) результат был тот же.

Пожалуйста, если есть мысли, подскажите, в каком направлении думать?

Спасибо.

Сначала вы должны пояснить ЧТО именно вы хотели получить из этой схемы? Из текста это непонятно.

Я стараюсь добиться плавного зажигания светодиода (на схеме R1). Я понимаю, что если неконтролируемо растить скважность сигнала, то светодиод или транзистор сгорит, но контроль - второе дело. На данный момент при увеличении скважности сигнала на затворе, при достижении определенного уровня (сигнал:ноль примерно с соотношением 40:60) микросхема перезагружается. Я сделал программу, которая плавно, в течении 5 секунд меняет скважность с 0% до 70%, перезагрузка случайным образом наступает на 30-50%. Ток на светодиоде при этом не доходит и до 100ма.

Поясните, для чего нужен каждый из элементов на вашей схеме? По крайней мере будет немного понятнее чего именно вы не понимаете.
Нет вы не понимаете. В предыдущих сообщениях вам объясняли, как и почему нужно ограничивать ток через светодиод. В результате .... чем у вас на схеме задается ограничение тока светодиода, обозначенного как R1?
Да не микроконтроллер перезагружается, а ваш блок питания, не имея возможности по вашей странной прихоти выдавать большой ток, перегружается! Представьте 100% скважность управляющих импульсов или по-другому статический режим работы, транзистор постоянно открыт. Чем ограничен ток через дроссель и полевик? Правильно - только их омическим сопротивлением. Сопротивление дросселя доли Ома, ну на худой конец посчитаем как 1Ом. Сопротивление открытого транзистора по графику VDS - ID около 1 Ома. По закону имени Георга Ома I=U/R=5В/(1Ом+1Ом)=2,5А. Ваш БП способен выдавать такой ток? Зачем вообще вам понадобился в схеме этот дроссель L1?

Резюмируя. Уважаемый, Grena! Прежде, чем соединять в произвольном порядке какие-то элементы, неплохо бы понимать для чего это нужно и как каждый из них работает. Чтобы не вызывать у пользователей форума эмоциональных сообщений потрудитесь почитать какой-нибудь "букварь" по электронике. Скачайте, например, книгу П.Хоровец, У.Хилл "Искусство схемотехники". И проштудируйте хотя бы первые разделы, где базовые основы по электронным компонентам изложены. Так будет лучше. Всем.

Скважность до 100% не повышаю. Блок питания с предохранителем на 0.7А и он не срабатывает. Скважность наращиваю плавно. Амперметры стоят в цепи R1 и в общей схеме и они чуть смещаются, хотя шкала 1А. Осциллограф воткнут в микросхему, показывает сигнал, скважность я вижу.

Я повторил несколько раз, что все перезагружается на 20%, а Вы мне говорите, что я полевик полностью открываю и видите в этом мою ошибку. Конечно, я даже не средне образован с схемостроении, но не настолько туп, чтобы замкнуть катушку на землю и ждать пока светодиод сам загорится.


Жаль, это не программирование, тут ФастСтартов не найти. Я уже понял, что надоел Вам, так что спасибо за предыдущую инфу про светодиоды и ключевой режим, пойду сам колупаться.

"Дьявол скрывается в мелочах" Вы идеализируете электронные компоненты, забывая или не подозревая об их ограниченной идеальности. Может для вас будет неожиданностью, но стандартный предохранитель сгорает не менее, чем через секунду при превышении тока в два раза. А может и вообще не сгореть при таком токе. При 5-и кратном превышении тока время перегорания уменьшается до 20мс-800мс. См. для примера даташит в приложении. Так что целый предохранитель в цепи не аргумент, что ток небольшой.
У стрелочного амперметра имеется инерционность электромеханической системы. У интегрирующего (в цифровом мультиметре) играет роль время интегрирования. Их показания показывают среднее значение тока, а не мгновенное. А какой ток течет в цепи в течение 20% времени открытого ключа? Правильно - тот который определяется индуктивностью L1 и омическим сопротивлением L1 и открытого MOSFET. I=L*dU/dt+R_L+R_DS(ON). Но как только вы превышаете значение dt порядка 20*L*dU, то первая компонента пропадает и в цепи остается только пара Ом от второй и третьей. И что получается при этом? Бросок тока -> перегрузка БП -> падение напряжения питания МК -> перезагрузка МК. Причем это время составляет весьма малую величину, которую ваши приборы просто не фиксируют. Вы бы лучше подключили осциллограф не к выходу МК, а в цепь протекания тока. Сделайте датчик тока порядка 0,1...0,3Ома (10...3 резистора 1 Ом включенные впараллель) и включите его последовательно с истоком вашего 2SK2996. Понаблюдайте как меняется форма тока на нем в зависимости от скважности. Когда увидите, что "пила" превращается в "иголку" может тогда придет понимание отчего перегружается БП.

Среди модераторов форума две противоположности педагогики - zltigo и rezident.
Удивляюсь выдержке и таланту объяснять последнего

rezident, спасибо за формулу по расчетам устанавливаемой силы тока в катушке, как раз думал над тем, как можно определить это время. Кстати, я немного переделал схему, включив R1 в цепь индуктивности, т.о. медленно растет ток через нагрузку питаясь от источника, а остальное время источник питается от катушки. + Интегрирующий конденсатор. И тут произошло чудо. Сделав период больше с 4мс до 30мс схема выставилась в нужный режим. Потребление всей схемы 5В/~0.1А, потребление резистора 1.2В/~0.6А.

Пока режим нестабилен, но удачных опытов 50%. Смонтирую стационарно и тогда выложу результат на случай если кто-то тоже ищет решение.

Благодарю за терпение.

П.С.
Предохранитель не плавкий а электронный, срабатывает очень быстро.
Скважность растет очень плавно, скачок, на мой взгляд, исключается. Не может быть при 19% ток 10ма, а при 20% 2.5А.

Все, похоже разобрался. Нашел хорошую статью по понижающим преобразователям: разработка понижающего преобразователя без секретов

Там описаны расчеты параметров компонентов именно для схемы понижающего ШИМ преобразователя с ее особенностями. Посчитав параметры, стало ясно, что частота слишком низкая. Частоту повысил, убрал все элементы, кроме транзистора, в нагрузку поставил высокоомный транзистор и тут получил эффект, который разъяснил проблему.

Схема такая:



R1 = 1 КОм

Сам опыт: если подключить осциллограф к PWM ATTiny26, то он покажет идеальный квадратный сигнал периодом в 2 мкс. Далее подключаем транзистор и резистор по схеме, но не отключаем осциллограф (осциллограф мегаомный). Программа контроллера написана таким образом, что скважность на PWM меняется от 0 до 80% в течении 5 сек, чтобы наблюдать процесс визуально. Вначале картинка кое-как похожа на импульсы, но потом, при скважности к 50% сигнал превращается в прямую. Из чего можно сделать вывод, что затвор транзистора служит как конденсатор. Это также объясняет проблему повышенного потребления: транзистор работал не в режиме ключа.

Теперь, как всегда, вопрос: кто-нибудь работал с контроллерами атмел и подбирал ли транзистор на выход PWM? Ток СИ макс. достаточно 2А. Если кто конструировал, подскажите, пожалуйста.


Заранее спасибо.

Забыл сказать, транзистор все тот же. 2SK2996

Поздравляю вас! Вы экспериментальным путем начинаете познавать работу полевого транзистора с изолированным затвором (MOSFET) в ключевом пежиме. Видимо моему совету (скачать и почитать книгу П.Хоровец, У.Хилл "Искусство схемотехники") вы не последовали Может хотя бы статью их Википедии попробуете осилить? Вот еще переводные статьи фирмы International Rectifier, специализирующейся на выпуске как MOSFET, так и микросхем драйверов для управления ими.

Что вы, напротив. Уже скачал и начал читать книгу "Искусство схемотехники", там, где качал видел массу положительных отзывов о ней, за что выражаю благодарность за совет по данной литературе =) Но пока я ее читаю экспериментировать-то хочется.

* Ушел по ссылкам.

Ничего из схем в итоге не переделывал, просто заменил транзистор на irf7401. Он как раз сделан под 5V логические уровни. Все встало на свои места и работает как часы. Всем спасибо.