Áramgenerátor LED-hez

A következőkben egy nagyon egyszerű, de mégis remekül működő áramgenerátor ismertetése következik, amit kimondottan LED-ek meghajtására terveztem. Fontos megemlíteni, hogy ezt a cikket alapvetően gondolatébresztőnek szánom, hogy viszonylag egyszerű eszközökkel is jó eredményt lehet elérni. Így most több lesz egy kicsit az elméleti magyarázat és a számolás. No, nem kell megijedni, bárki számára megérthető a működés, aki ért egy kicsit az elektronikához....

A kapcsolás apropóját az előző cikkem adta, ahol LM317-es stabilizátor IC-ket használtam áramgenerátornak. Ezzel az a baj – amit többen is jeleztek – hogy erősen melegedik, és alapból sem impulzus üzemre tervezték. Így eldöntöttem, hogy építek egy kapcsolóüzemű áramgenerátort, ami megfelel a mai kor elvárásainak. Azaz nem melegszik és jó hatásfokkal végzi a feszültség átalakítását. Körülnéztem a kimondottan LED meghajtására kifejlesztett cél IC-k között és szomorúan tapasztaltam, hogy nem igazán gondolnak a gyártók a elektronikát hobby szintet űzőkre, magyarul nincs normális LED meghajtó IC csak smd tokban. Én pedig nem szívesen vállalkozom smd beültetésre. Így jutottam arra az elhatározásra, hogy áramgenerátornak egy olcsó és könnyen beszerezhető dc-dc kapcsolóüzemű átalakítót fogok használni. Bár ezeket nem áramgenerátornak tervezték, de egyszerűbb feladatokra, mint egy LED fix árammal való meghajtása, tökéletesen megfelelnek. Mivel tervezem az egész RGB vezérlő tovább fejlesztését, így annak befejezéséig még jó pár hónap el fog telni. De az áramgenerátor magában is használható, így most megosztom veletek. A kapcsolóüzemű áramgenerátor kapcsolási rajza az oldal alján található PDF formátumban.

A kapcsolás működése:

Az lm2574 adatlapján, látható, hogy az ADJG változatnál a feedback láb közvetlenül a hibajel erősítőbe van bekötve, tehát nincs benne a fix feszültségű verziókban lévő ellenállás osztó. Ezt használjuk ki az áramgenerátorhoz. DC-DC hibajel erősítője adatlap szerint 1.23V -nál van egyensúlyban azaz ha ekkora feszültség van a feedback lábon akkor a hibajel erősítő kimenete 0V magyarul ilyenkor nem szabályoz az IC, hanem tartja a kimeneti feszt. Ha a feedback lábon nagyobb fesz van mint 1.23V akkor a dc-dc csökkenti a kimeneti jel kitöltését és ezáltal a feszültséget a kimenetén. Illetve ha kisebb mint 1.23V akkor meg növeli. Ez eddig remélem világos, így szabályozza a kimeneti feszt a DC-DC. Na már most, nekünk áramgenerátor kell. Azaz nem a feszültséget kell fixen tartani hanem az áramot. Ez egy kis értékű sönt ellenállással van megoldva. a rajzon R1 0.5Ohm. Ezen átfolyik a dc-dc kimeneti teljes árama miután a LED-en is átfolyt. Az átfolyó áram hatására a söntön egy kis értékű feszültség esik, amit a műveleti erősítő felerősít. (Nem invertáló alapkapcsolás, ezt talán most nem magyaráznám el) A lényeg, hogy az erősítés a 4.7K és 15K+500K(állítható) hányadosa határozza meg. A 22nF csak zaj szűrés miatt van ott, mert a dc-dc kimenete zajos, és ne erősítsük fel a sok zajt is. E nélkül a szabályzás instabillá válhat, illetve a LED fényereje sem lesz egyenletes.

Nézzünk egy példát :

Tételezzük fel hogy a trimmert 50KOhm -ra van állítva. Mi fog történni ?
A dc-dc kimenetén bekapcsolás után rohamosan elkezd nőni a feszültség ahogy a kimeneti kondi kezd feltöltődni. Ha eléri a LED nyitó feszültségét akkor a LED kinyit és elkezd világítani, egyidejűleg a söntön átfolyik az áram és ezáltal feszültség esik rajta. Ez a feszültség rákerül a műveleti erősítőre. A fesz egyre nő a kimeneten és a LED egyre jobban kinyit, egyre több áram folyik át a söntön. A műveleti erősítő erősítése : 1+((15KOhm+50KOhm)/4,7Kohm) = kb 15x -ös. Ebből könnyen kiszámolható, hogy a feedback lábon az 1.23V-os jel akkor fog megjelenni, ha a sönt ellenálláson 0,082V esik (0,082V*15x erősítés = 1,23V) Ha megkapja a dc-dc a 1,23V -ot akkor onnantól beáll erre a kimeneti feszre és folyamatosan tartja az egyensúlyi állapotot. Tehát bármi történjék is a kimeneten átfolyó áram I = U/R azaz söntön eső fesz/sönt értéke azaz = 0,082/0,5Ohm = 164mA és ezt halál pontosan tartja.

Megépítés:

Ha valaki meg szeretné építeni a kapcsolást, tartsa be kapcsolóüzemű tápok építésére vonatkozó szabályokat, melyeket a következőképpen tudnék összefoglalni: Alkatrészeket minél közelebb a dc-dc átalakító lábaihoz és lehetőleg minél távolabb rakni az egész kapcsolást a zavar érzékeny áramköröktől. Ezen felül nem sokat tudok hozzá tenni a megépítéshez. Az áramkör maga pofon egyszerű, alig pár alkatrészt tartalmaz. A rajzon feltüntetett Schottky dióda nyugodtam lecserélhető bármilyen másik, legalább 1A-es gyors diódára. A kimeneti kondenzátor értékét nagymértékben ne csökkentsük le, mert nem fog megfelelően működni az áramkör. A túlságosan nagy kondenzátor is hátrányosan befolyásolja a szabályzás sebességét, így lehetőleg maradjunk a 100uF... 300uF tartományban. Az induktivitás minimum 0.75A -el terhelhető legyen.

Beállítás:

A kimeneti áramot mindenki állítsa be saját igényének megfelelően. Arra vigyázni kell, hogy a beszabályzást a trimmer maximális állásából kezdjük. Ilyenkor a legkisebb a kimeneti áram Konkrétabban ilyenkor 1+((15KOhm+500KOhm)/4,7KOhm) = 110x -es az erősítés és az 1,23V -os feedback -hez a söntön : 1,23V/110 = 11,18mV -nak kell esnie. Ebből meg kiszámolható, hogy ilyenkor a kimeneti áram I = U/R azaz 0,01118V/0,5Ohm = 22,36mA Ez tehát a minimális áram amit képes az áramgenerátor szolgáltatni. A maximális áramot a dc-dc korlátozza le 500mA -re. Ha kiszámolnák, elvileg 1+((15KOhm+0Ohm)/4,7KOhm) = 4,19x -es erősítés jön ki, teljesen nullára csavart trimmerrel és ebből a söntön eső feszültség : 1,23V/4,19 azaz 0,293V amiből az elvi maximális áram I=U/R tehát 0,293V/0,5Ohm = 586mA. Ennyit természetesen nem tud szolgáltatni az IC folyamatosan, mert letilt a védelem. Rövidebb ideig azonban probléma nélkül lehet használni így is.

További lehetőségek:

Akinek erősebb áramgenerátorra van szüksége az egyszerűen cserélje ki a DC-DC konvertert egy nagyobb árammal terhelhető változatra:

  • LM2575-ADJG max 1A -rel terhelhető
  • LM2576-ADJG max 3A -rel terhelhető

 A kapcsolás elvi működése ugyan ez marad, természetesen a diódákat és az induktivitást és a kimeneti kondenzátort az erősebb áramhoz kell majd igazítani terhelhetőségben. Illetve a visszacsatoló ágban az ellenállásokat és a sönt értékét változtatni kell ezekre az értékekre:

 
1A-es verzió:

R1 = 0,33Ohm / 1W

R4 = 10KOhm

R3 trimmer = 1MOhm

C2 = 330uF/50V

Ezekkel az értékekkel az 1A-es áramgenerátor elvi szabályzási tartománya 17mA és 1,2A között van.


3A-es verzió:

R1 = 0,12Ohm / 2W

R4 = 10KOhm

R3 trimmer = 1MOhm

C2 = 1000uF/50V

Ezekkel az értékekkel a 3A-es áramgenerátor elvi szabályzási tartománya: 47mA és 3,2A között van.

Végszó:

Mint említettem ezt az áramgenerátor én az RGB LED vezérlőmhöz szánom, így meg kellett oldani az áramgenerátor vezérelhetőségét. Szerencsére nagyon egyszerű dolgunk van, mivel a dc-dc konvertereknek van On/Off lába, amit közvetlenül meg lehet hajtani mikrokontrollerrel. Ha ez a láb földpotenciálon van, akkor működik az áramgenerátor. Ha felhúzzuk ezt a lábat, akkor kikapcsol az átalakító. Így nincs más dolgunk, mit összekötni ezt a lábat a mikrokontroller egyik kimeneti lábával és máris vezérelhető az áramgenerátor. A mikrokontroller a LED fényerejét úgy állítja, hogy ezt az On/Off lábat PWM jellel kapcsolgatja ki, be. Fontos, hogy a PWM jel frekvenciája nem lehet nagyobb mint 100...120Hz. Ezt szerencsére az emberi szem már nem tudja követni, így a szemünk a LED-et folyamatosan világítónak fogja látni.

A cikk lezárásaként íme egy kis videó, ahol az 500mA-es áramgenerátor látható működés közben. Megjegyzés a videóhoz: a filmen látható szkóp 0,2V/osztásba van állítva és én söntnek 1Ohm-ot használtam. A szkóp a söntön méri a feszültséget és mivel 1Ohm van berakva így az átfolyó áram egyből leolvasható a szkóprol, Tehát : 1 osztás = 0,2A. Mint látható 0,6A -t is tud szolgáltatni az áramgenerátor, de ez már nem üzemszerű működés.

Remélem tudtam jó ötleteket adni a kapcsolóüzemű áramgenerátorokkal kapcsolatban, illetve ezek mikrokontrolleres környezetben való felhasználásában.

Kosár

 x 
A kosár üres

Bejelentkezés