Каскадный преобразователь расширяет возможности драйвера светодиодов

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2020

Grant Smith

EDN

Питание 20-30 белых светодиодов от трех щелочных элементов с помощью обычного повышающего преобразователя является интересной задачей. Требуемые значения коэффициента повышения напряжения и коэффициента заполнения делают обычный драйвер просто непрактичным. Если вы собираетесь конструировать такую схему из имеющихся в наличии недорогих компонентов, неплохие результаты может дать каскадирование двух повышающих преобразователей. Эта топология существует уже несколько десятилетий, но инженеры часто считают ее слишком сложной. Однако с точки зрения требований к компонентам каскадное решение имеет бесспорные преимущества. Коммутатор первого каскада не должен выдерживать общее выходное напряжение второго каскада, а второму ключу не нужно пропускать весь ток первого. Даже если бы коэффициент заполнения не имел значения, одни только требования по току и напряжению для однокаскадного повышающего преобразователя заставили бы использовать более крупный и дорогой коммутатор, цена которого могла бы легко приблизиться к цене обоих коммутаторов каскадного преобразователя.

Эта схема, состоящая из доступных компонентов, содержит два повышающих каскада, управляющих цепочкой из 20-30 светодиодов.
Рисунок 1. Эта схема, состоящая из доступных компонентов, содержит два повышающих
каскада, управляющих цепочкой из 20-30 светодиодов.

В этой статье описана схема питания 24 белых или ультрафиолетовых светодиодов током порядка 20 мА. При номинальном входном постоянном напряжении 4.5 В измеренный КПД составляет 84.2%. Для преобразователей мощностью от 2 до 2.5 Вт эта цифра является приемлемой. При входном напряжении 3 В общий коэффициент повышения для некаскадного преобразователя потенциально превышает 30:1, что требует коэффициента заполнения около 97%. В каскадном повышающем преобразователе этот коэффициент заполнения является функцией квадратного корня от общего коэффициента повышения. Этот коэффициент достигает максимального значения около 82% непосредственно перед тем, как напряжение батареи упадет до минимального значения и схема отключится. При номинальном входном напряжении 4.5 В коэффициент заполнения должен быть чуть больше 77%.

Схема на Рисунке 1 реализует каскадный повышающий преобразователь, заменяющий оптику в популярном мощном фонарике. Она содержит 24 белых или ультрафиолетовых светодиода, установленных на одной стороне печатной платы, и активные элементы на другой. Три или четыре ультрафиолетовых светодиода можно заменить красными светодиодами, чтобы обеспечить соответствующую видимую подсветку. Возможно, вы предпочли бы использовать один мощный белый светодиод, но мощные ультрафиолетовые светодиоды, по-видимому, недоступны. В данном проекте использовано 20 недорогих светодиодов с более удобным углом излучения 30°, обеспечивающих оптическую мощность 400 мВт при входной мощности 1.52 Вт. Направленный характер их излучения также помогает предотвратить случайное повреждение глаз. Источники ультрафиолетового света находят применение во многих областях, включая проверку драгоценных камней, проверку валюты и обнаружение скорпионов.

Микросхема ШИМ-контроллера LM3478 (IC1) начинает работать уже при напряжении 3 В, не нуждаясь в зарядовом насосе. Пороговые уровни затворов используемых транзисторов должны быть меньше 3 В. Микросхема IC1 одновременно управляет транзисторами Q1 и Q2. Схеме требуется только один контроллер и дроссели. Дроссель первого каскада и конденсатор фильтра могут создавать значительные пульсации, не оказывая негативного влияния на конечные пульсации выходного напряжения. Первым выпрямителем служит недорогой 40-вольтовый диод Шоттки, а во втором использован простой сигнальный диод с допустимым напряжением 120 В.

Микросхема IC1 работает на частоте переключения порядка 300 кГц, которая устанавливается резистором R1. В проекте используется схема с токовым управлением и компенсацией скорости нарастания тока индуктивности. Сигнал с токоизмерительного резистора R5 через резистор R3 управляет цепью компенсации скорости нарастания. В этом случае сопротивление резистора выбирается R5 небольшим для повышения КПД. R4 суммирует этот сигнал с выходным напряжением драйвера затвора (вывод 6), чтобы увеличить его кажущуюся амплитуду на входе датчика тока на выводе 1. R2 и C3 являются обычными элементами частотной коррекции. При этом время отклика преобразователя не имеет значения, что облегчает выбор компонентов.

Сначала при поверхностном взгляде на каскадный повышающий преобразователь легко не заметить его очевидных преимуществ. Однако серийно выпускаемые компоненты, способные выполнять требуемые функции, обеспечивают более экономичное и простое решение, чем вы могли бы себе представить вначале. Для реализации такого решения на основе интегрального обратноходового регулятора потребовалось бы множество компонентов, а какого-либо реального преимущества это бы не дало. Для него также, вероятно, потребовалось бы самостоятельное изготовление магнитных компонентов.

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 1000
сейчас смотрят 13
представлено поставщиков 579
загружено
позиций
25 067 862