LED driver s PWM stmíváním pomocí UC3842

Zpráva

Abeus · #1 Příspěvek od **Abeus** » 01 bře 2010, 15:33

Dobrý den,

chtěl bych se zeptat jestli by my zde někdo zkušenější než já (to bude asi drtivá většina), nepomohl s realizací LED driveru s vysokofrekvenčním stmíváním pomocí obvodu UC3842.
Komu by se to nechtělo pročítat (chápu), tak může skočit až k vyznačeným dotazům a přiloženému schématu.

Principielně vycházím ze schématu na straně 8 v dokumentu k PWM stmívání pomocí obvodu MLX10803 viz. http://www.melexis.com/Asset/PWM_dimmin ... _5268.aspx
Tento obvod je u nás (GM, GES) nedostupný a potřebuji použít nějaký běžný dostupný, z datasheetu jsem usoudil, že by UC3842, nebo její odnože mohly vyhovovat. Vycházím z datasheetu viz. http://www.datasheetcatalog.org/datashe ... lzu63y.pdf
A z application note viz.
http://www.datasheetarchive.com/pdf/Dat ... 349970.pdf

Kdybych v textu napsal nějakou blbost (myslím že se asi vyskytnou) byl bych rád za případnou opravu. Takže můj nynější postup.

Pokud jsem dobře pochopil, tak obvod MLX10803 v principielním schématu funguje jako regulovatelný spínaný zdroj „konstantního“ proudu a myslím, že tuto funkci při stejném zapojení můžu realizovat i s UC3842. Neboť snímá proud ve spínané větvi. Zatím jsem se zaměřil tedy na tento regulovatelný spínaný zdroj „konstantního“ proudu pro výkonovou LED diodu. Vcc = 24V (napájení toho obvodu), Iz = 350-700 mA

Po prostudování datasheetu a zapojeních v něm uvedených jsem dospěl k přiloženému návrhu vycházejícího ze základu na obrázku 23:

Než se dostanu ke všem vyznačeným dotazům tak ten hlavní je, jestli takto uvedený návrh splňuje můj požadavek spínaného zdroje proudu.

Vyznačené dotazy:
1. Touto RC sítí nastavím spínací kmitočet pro mnou zvolených 40kHz (je to rozumná hodnota pro dané použití?) použitím Ct = 10nF, Rt = 5.2k podle (charakteristiky) obrázku 2. Dále pak pro tyto hodnoty zjistím z obrázku 5., že se dostanu až na 90% zatěžovatele pokud se nepletu.
2. Tento dělič a diody (pro kompenzaci vnitřních diod) mi určují komparační úroveň pro komparátor snímaného proudu. Nahrazením jednoho odporu R2 potenciometrem bych tedy mohl řídit výstupní proud? A můžu vůbec nechat pin 2 tohoto obvodu nezapojený?
3. Zde „převádím“ úroveň proudu protékajícího větví na napětí pro komparátor snímaného proudu. Jakmile proud dosáhne nastavené meze, tak se spínač rozepne a čeká se na další spínací cyklus. Mohl bych tedy řídit velikost výstupního proudu tímto odporem? Což by asi byla hloupost vzhledem k tomu že bych měnil i odpor zátěže.
4. Filtr pro objevující se špičky obr. 27 v datasheetu nejspíš nejde navrhnout před zrealizováním a bude vůbec nutný pro danou aplikaci?
5. Odpor do Gatu proti parazitním kmitům obr. 28 je při této frekvenci asi nutný, že?
6. Jak určit velikost této cívky, k danému použití? V application note na straně 5 v sekci The current sens rezistor je vzorec Ipk = (Vs*Dmax*Ton)/Lp… tedy když budu znát mezní špičkový proud, napájecí napětí, maximální zatěžovatel a při dané frekvenci bych vypočetl cívku. Jenže zde jsi vůbec nejsem jistý. Nevypočtu takto cívku, kde se dostanu na mez spojitosti? Tedy proud by mi osciloval mezi mezní hodnotou a nulovou hodnotou, takže střední proud by byl poloviční k mezní hodnotě? Jak tedy vypočíst cívku aby při nastavení výstupního proudu třeba těch 750 mA osciloval +-10%?

Děkuji Všem co se tím prolouskali a mají chuť mi pomoci.

#2 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 01 bře 2010, 16:07

UC3842 je sice možný používat jako step-down měnič, ale parametry jsou nevalné a celý se mě to nějak nezdá.

Použij MC34063 v zapojení step-down s tím, že budeš snímat proud do zátěže na odporu a pomocí zesilovače s OZ s patřičnou regulací (např. zisku) ho zavedeš do vstupu 5.

Zbytek spočítáš tady : http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/index.shtml

AmarokCZ · #3 Příspěvek od **AmarokCZ** » 01 bře 2010, 18:55

Souhlasím, zkoušel jsem to s UCxxxx a stojí to za prd, lepší je MC34063.
Blíže je k tomu něco napsáno na mých stránkách.

Abeus · #4 Příspěvek od **Abeus** » 01 bře 2010, 20:32

Dobře kluci, sice mě to moc nepotěšilo, že musím změnit zvolený obvod (dlouhá příprava abych tu nebyl až zas takového velkého blbečka

), ale jak tak koukám na tu MC34063 tak by to s ní mohlo jít zrealizovat a trošku mě to trklo... Zkusím to do zítra hlouběji poštudovat, přeložit datasheet, něco navrhnou a s vaší pomocí bych se tedy vydal tímto směrem, jestli Vás to nebude moc zatěžovat... A hlavně nechám si poradit od těch co mají zkušenosti.

Každopádně ještě dotazy, použití toho vysokofrekvenčního stmívání pomocí PWM v proudové cestě té výkonové diody by to nemělo s tímto obvodem nějak moc haprovat, že?

Pokud bych by byl požadavek na výstupní proud vyšší než těch 700mA, přesněji vyšší než 750mA, což je Ipmax/2 toho obvodu tak bych musel použít ještě mosfet (potažmo jeho budič) pro spínání zátěže souhlasí?

A asi poslední dnešní dotaz jak jsem pochopil ten program vypočítá hodnoty pro proud na mezi spojitosti... tedy proud cívkou by klesal a narůstal v rozsahu 0-Ipmax pokud budu chtít aby proud se držel kolem hodnoty stanovené např těch 700mA +- pár mA tak je to s tímto obvodem realizovatelné? Nejspíš použiji větší cívku (vzduchovou?) ale o tom potom:)
Předem děkuji za pomoc

Abeus · #5 Příspěvek od **Abeus** » 02 bře 2010, 17:12

Tak jsem se mrkl na datasheet MC34063, na tvé stránky AmarokCZ i na další vlákna tady na forku. Pochopil jsem jak to zrealizovat tím MCčkem jinak řečeno, jak jste psali step-down měnic řízený proudem.
Pokud se nepletu tak tady tohle řešení od cafeneta ke konci navrhoval ZdeněkHQ
http://www.ebastlirna.cz/modules.php?na ... highlight=
a AmarokCZ navrhoval řešení ze svých stránek s tou RC a diodovou sítí pro snížení ztrát na tom snímacím odporu.
Nicméně když jsem se pokusil napasovat MC34063 na zvolený princip, tak jsem v koncích. Napadlo mě, že bych mohl to PWM (cca 1MHz) napasovat paralelně k té výkonové LED ale nikde jsem nic podobného neviděl takže si nejsem jist jestli by to bylo úplně košér...

Proto bych se vrátil ještě k tomu UCčku, protože tam je to v tom principielním obvodu řešeno podobně, přikládám překreslené schéma. S tím se také omlouvám za mystifikaci v prvním schématu chybí tam "zpětná dioda" paralelně k cívce.

Je to pořád mimo realitu, nebo už to dává více smysl?

Takže bych teď poprosil o pomoc buď s napasováním MCčka což nejspíš nepůjde (nebo spíš já na to nepřišel) nebo raději s těmi dotazy v prvním příspěvku.

PS. Amaroku pěkně napsané stránky o LED drivrech a vůbec měničích;)

AmarokCZ · #6 Příspěvek od **AmarokCZ** » 02 bře 2010, 17:26

Ten program na mých stránkách: vypočítaná indukčnost je taková, kdy bude proud na krátký okamžik dosahovat nuly. Pokud bys chtěl aby se proud držel kolem 700mA, tak použiješ kondenzátor, popř i větší tlumivku. Pro větší proudy se požije externí tranzistor, vše je popsané zde.

Viz PWM: opravdu je to 1MHz? To je trochu zbytečně velká frekvence, 20KHz by stačilo. Navíc to řešení které jsi nakreslil není podle mě nejlepší, když už máš PWM, tak bych to použil přímo k řízení UCxxxx.

Abeus · #7 Příspěvek od **Abeus** » 02 bře 2010, 19:14

Takže ten program to počítá na mezi spojitosti. Když použiji větší tlumivku, tak se po spuštění proud postupně dostane na nastavenou úroveň kolem které se bude hýbat s nastaveným zvlněnín to chápu. Ten kondík si myslel paralelně k zátěži?
Jinak ten program počítá s těmi vzorci z datasheetu pro MC34063?
A když budu chtít tu zpětnou proudovou vazbu, tak se pro ten program žádné hodnoty nemění že?
A jaká je nevýhoda použití tvé RC diodové sítě vůči řešení s OZ (nevýhoda dalšího napájení) pro snížení ztrát na tom snímacím odporu?
V případě toho step down měniče je tam ten bipolár záměrně nebo můžu použít po úpravě i MOSFET?

Ano to PWM je kolem 1 MHz je to záměrně oděleno... spodní spínač (to co tu teď řešíme) ti udržuje proud na LED "konstantní" a horní spínač ji natvrdo odpojuje od napájení = ostré nástupní a sestupné hrany... vlastně odpovídající rychlosti sepnutí toho spínače. Je to otestování tohoto způsobu pro případné další použítí, třeba datovému přenosu.

#8 Příspěvek od **ZdenekHQ** » 02 bře 2010, 19:31

To schema je přibližně stejný zapojení, jako když si pes honí svůj vlastní ocas - taky neví, co chce.

1. Vyrob klasickej step-down měnič, jako zátěž dej LED, ale nesnímej napětí na LED, ale její proud a tím ve zpětné vazbě řiď měnič.

2. Použij klasickou pulsně-šířkovou modulaci a dolní propust + zpětnou vazbu.

AmarokCZ · #9 Příspěvek od **AmarokCZ** » 02 bře 2010, 19:48

Ten program vychází ze vztahů ze vztahů z jednoho dokumentu jednoho výrobce MC34063 (nevím už který výrobce to byl). Pokud chceš proudovou zpětnou vazbu, tak jen změníš samotnou zpětnou vazbu.
Vůči OZ je jasná výhoda, že OZ s napětím např. 3.3V (bílá LED) moč dobře nepracuje. Nevýhoda je snad jen ta, že se musí proud překontrolovat, protože tolerance TL341 a reference v MC34063 mají obrovský vliv na výsledek.
Bipolár je tam záměrně, protože FET by byl nejlepší P-MOSFET, těch ale moc není (kromě IRF4905 to stojí za prd), na PNP je navíc malý úbytek (cca 0.3V) a s N-MOSFETem je účinnost horší než s PNP (nehledě na složitost zapojení).

Co se týče toho PWM, tak je to zapojeno dost nevhodně, protože při rozepnutí Q2 bude jeden vývod tlumivky "ve vzduchu" což není zrovna ideální.
Já bych se spíš snažil nacpat to PWM do zpětné vazby UCxxx (samozřejmě po snížení té zbytečně velké frekvence).

Abeus · #10 Příspěvek od **Abeus** » 02 bře 2010, 21:52

Dobře, takže jsem to schéma upravil (neva Amaroku že jsem použil tvá schémata?), doufám, že jsem nepokonil něco co už snad ani pokonit nejde... takže jestli něco špatně tak poslouchám?
Mám tedy další dotaz k funkci zenerovy diody D2 a stejně tak k odporu R4 popřípadě jak jej dopočtu?

Pokud je teď to schéma v pořádku, tak jak teď s tou PWMkou? Můj návrh sériově nebo paralelně k zátěži jak jsem vycítil asi nee... Zdenku co jsi měl tedy na mysli tím bodem dvě? Ta frekvence mi byla zadaná takže s tou dolů nebudu moci

Samozřejmně děkuji za pomoc

AmarokCZ · #11 Příspěvek od **AmarokCZ** » 02 bře 2010, 22:19

D2 je ochrana C1 v případě, že LED umře, R4 je odpor omezující proud do zenerky (TL431) jeho hodnota je napsána hned pod obrázkem: R4<800*(V1-2.5) -> cca 10K pro konstantních 24V.

"Ta frekvence mi byla zadaná..."
Co tím myslíš? (vždycky se s tím dá něco udělat - třeba dělička 1:32). Z čeho to PWM leze - jaká je velikost obdélníku?

Abeus · #12 Příspěvek od **Abeus** » 02 bře 2010, 23:31

JJ dík, nevšim jsem si už jsem po dnešku unavený... Výsledek má být závěrečnou DP na škole. Ale ušil jsem si realizačkou na sebe bič, a jelikož jsem měl střední gympl, tak jsem se k realizacím, biď i primitivním vůbec nedostal...
No ta PWM je tedy zadaná ústně:) Původně jsem zkoušel realizovat ji, jak zde asi většina zná, jako zapojení integrátoru a komparátoru -> trojůhelník a ten do dalšího komparátoru porovnávat s nastavenou referenční hodnotou no a výstup z toho porovnávacího komparátoru (PWM) přes budič do toho druhého mosfetu. Jenomže už při simulacích jsem se na Mhz nedostal, což je asi logické s nízkofrekvenčními OZ, ale za blbost... Tak teď musím hledat jiné řešení.

AmarokCZ · #13 Příspěvek od **AmarokCZ** » 03 bře 2010, 00:30

Pokud je to na DP, tak to PWM bude muset zůstat tak jak je. Pokud je zadaná ústně, tak bych očekával, že to bude obdélník s velikostí dle potřeby

UCxxxx nebude možné použít, protože pracuje jen do ~200KHz kdežto MLX má MINIMÁLNÍ frekvenci 500KHz a maximální 5MHz.
S tím OZ by to šlo, stačí použít rychlejší verzi.

Andrea · #14 Příspěvek od **Andrea** » 03 bře 2010, 09:45

Možná by nebylo od věci, dát sem to zadání, aby bylo jasno, co v něm je a jak je to formulované. On totiž i ten MC34063 i UC384x řídí výstup pomocí PWM, tak jestli strkat tam druhou PWM není jen zbytečná komplikace z nepochopení zadání. Sehnat step-down pracující na 1MHz dneska není problém.

Abeus · #15 Příspěvek od **Abeus** » 03 bře 2010, 10:41

Zadání je driver pro výkonový LED modul... nějaká teorie kolem a realizace.

Ústně realizovat z běžně dostupných součástek tedy ten MLX ne, realizovat se dvěma spínačema jeden pro udržování konstantního proudu druhý pro PWM modulaci LEDky. Ten pro konstantní proud stačí v kHz ten pro modulaci je třeba kolem MHz. Doporučená konfigurace viz první odkaz ve vláknu...