Мощный свет на Д - это совсем ПРОСТО.

[omich]

Генератор на двигателях серии Д очень слабый, поэтому чтобы получить хороший свет, нужно сделать отдачу очень эффективной. Этому как раз и посвящена данная тема.

Схема драйвера на LM2576 и полевом транзисторе в качестве ключа:



или другой вариант "обмана" обратной связи микросхемы с применением светодиода:




Более детальное описание этих схем и печатные платы для них находятся тут.


Схема драйвера на LM3485.

Схема и плата на LM3485

Схема на LM3485:
с применением  BF545


с применением  TL431(лучше заменить красным ярким светодиодом)

TL431 заменить на красный яркий светодиод, остальное без изменений.

Платы для схем на LM3485:

с применением BF545


с применением TL431


Печатные платы для LM3485 в формате Sprint-Layout 6.0.

Формулы расчета тока светодиода общие для всех схем.
Микросхемы "стараются" поддерживать на входе обратной связи напряжение 1,23...1,24 вольта, поэтому мы можем рассчитать токоизмерительный резистор для необходимого тока светодиода. Т.к. у нас применяется вольтодобавка около 1 вольта, чтобы не рассеивать лишнюю мощность на токоизмерительном резисторе, то этот резистор нужно применять значительно меньшего сопротивления.
Пишем уравнение для тока светодиода:
Rтокоизм=(1,23-1)/Iсв

Пример 1: Нужно посчитать ток на светодиоде Cree XM-L для холостого хода равным 0,3 ампера и рабочий ток 2 ампера, то у нас сопротивления будут:
Rт.изм(хх)=0,23/0,3=0,76 Ома и Rт.изм(р)=0,23/2=0,115 Ома

Пример 2: Нужно посчитать ток на 1Вт светодиоде  для холостого хода равным 0,05 ампера и рабочий ток 0,3 ампера, то у нас сопротивления будут:
Rт.изм(хх)=0,23/0,05=4,6 Ома и Rт.изм(р)=0,23/0,3=0,76 Ома

Архив старых разработок

Схема самодельного драйвера светодиода с высоким КПД

 Стабилизатор тока светодиода построен на ШИМ-контроллере LM2576T-ADJ.  Для повышения КПД выходной ключ микросхемы усилен P-канальным полевиком с очень малым сопротивлением перехода в открытом состоянии IRF4905. Для этой же цели, т.е. повышения КПД, предусмотрен узел стабильного тока VT4, R9, добавляющий 1 вольт на токоизмерительном резисторе R12 для обратной связи микросхемы. Напряжение обратной связи микросхемы равно 1,23 вольта и, если этому одному вольту не надо падать на токоизмерительном резисторе и рассеиваться в виде бесполезного тепла, то получается реальная экономия. При 2-х амперах на светодиоде таким образом экономится 2 ватта из 10...12, которые мы можем снять со слабенького генератора Д6,Д8.

Таблица измерений потребления фары и вычисление КПД

Схема начинает работать с 4.5 вольт и на светодиоде до открытия транзистора VT5 держится ток 0,61 ампера. Приблизительно с 8-ми вольт начинает открываться транзистор VT5, ток на светодиоде начинает плавно расти и к 11-ти вольтам фара горит в полную яркость. Если смотреть по оборотам двигателя, то на полную яркость, а это 2 ампера на светодиоде, фара выходит приблизительно к 2400 об/мин, т.е. это чуть выше холостого хода Д'эшки.

В схеме реализована еще одна хитрость. На малых оборотах двигателя генератор вырабатывает очень мало энергии и, чтобы ее хватило на зажигание, ток потребления фары делается значительно меньше. Узел схемы, отвечающий за изменение тока, собран на R2,R3,VT5,R10. Работает это так: На малых оборотах, пока напряжение с выхода генератора маленькое, с делителя R2,R3 на затвор VT5 подается недостаточное напряжение для его открытия, а когда двигатель наберет обороты, то напряжение с делителя открывает VT5 и тот через открытый переход с очень малым сопротивлением шунтирует токоизмерительный резистор R12 и микросхема вынуждена добавить ток проходящий через светодиод. Фактически, токоизмерительным резистором становится R10.
Еще немного по схеме: R8,C3 - демпфирующая цепочка, которая служит для подавления паразитных колебаний на выходе токового ключа VT3. Два диода шоттки тоже для небольшого повышения КПД схемы и уменьшения нагрева. Если оставить один диод, то он греется, а когда два, то оба холодные и во всей схеме единственным элементом выделяющим тепло остается дроссель L1.
КПД схемы получился довольно высоким и составляет около 95% при входном напряжении 5 вольт и около 80% при питающем напряжении 12 вольт. Если же сделать схему проще и не применять усиление токового ключа микросхемы, то в этом случае теряется около 25% - проверено на практике при разработке данной схемы.

Конденсатор C4 желательно подбирать с минимальным ESR(equivalent series resistance - эквивалентное последовательное сопротивление). Если окажется конденсатор с большим ESR, то он будет плохо сглаживать импульсы тока, которые попадут на светодиод и он будет сильно греться из-за чего его ресурс может сократится.

Подбор конденсаторов по ESR и емкости

Перед пайкой на плату подбирал конденсаторы по ESR и самое удивительное оказалось, что конденсаторы с материнской платы с обозначением 2200 мкф 6,3 вольт показывали емкость от 7300 до 8600 микрофарад.
Чтобы убедиться, что у прибора не "снесло крышу", перепробовал кучу других конденсаторов, в том числе и с материнских плат, но другие показывали вменяемые значения близкие к обозначенным, а именно эти 2200 мкф 6,3 вольт все как один с очень низким ESR и завышенной в несколько раз емкостью.

Этот самый емкий и с самым маленьким ESR припаял на плату в качестве выходного.


Все остальные конденсаторы 2200 мкф 6,3 вольт показывали похожие значения ESR и емкости:


Конденсаторы на 470 мкф 35 вольт все показывали от 370 до 410 мкф и ESR от 0,10 до 0,15 Ом

Такая будет конструкция - плата прямо внутри фары.

Начал паять плату.

Извращение еще то. Очень не технологично паять кривую плату. Пробовал привязывать ее нитками к стальной проволоке согнутой по диаметру  внутреннего корпуса фары, но нитки мешают пайке. Пришлось их обрезать и детали паять загибая приблизительно на нужный изгиб саму плату и после пайки каждой детали примерять плату внутри фары.
Радует только то, что это штучный экземпляр.


Когда соберу окончательно и проверю работоспособность, то всю схему залью нейтральным герметиком для зеркал. В отличных свойствах этого герметика уже убедился и он, пожалуй, подходит для этих целей лучше всего. Он будет и защищать от вибрации и обеспечит влагостойкость конструкции.

Доделал плату

Плату доделал, но без приключений не обошлось. Видимо очень много раз сгибал плату и одна дорожка в цепи затвора выходного полевика переломилась, т.е. его затвор повис в воздухе. Когда подал питание на схему, то смотрел сразу импульсы на выходе полевика и их не было. Напряжение прибавлял постепенно до 12 вольт, но импульсов так и не появилось, но зато увидел дымок идущий с выходного конденсатора 2200 мкф х 6,3 вольта. Пока тянулся к ЛАТРу, чтобы выкрутить на ноль напряжение, конденсатор бабахнул, правда не очень сильно, т.к. у него на крышке для этого была специальная насечка. Конденсатор заменил на 1000 мкф 16 вольт, т.е. на всякий случай с бОльшим напряжением и опять подал напряжение. Пока искал где потерялись импульсы с выхода микросхемы, не заметил, что выходной полевик разогрелся настолько, что сам отпаялся от платы, и, т.к. плата была припаяна к нему в согнутом состоянии, то она просто выпрямилась, а транзистор повис на ножках.    Отпаял его совсем и вместо него поставил попавшийся под руку резистор на 68 Ом по схеме между стоком и затвором(надо же было имитировать нагрузку). После этого больше ни чего не отпаивалось и не взрывалось и можно было спокойно поискать пропавшие импульсы. Осциллографом быстренько нашел, что переломилась дорожка идущая к затвору. Место раслома запаял оставшейся от монтажа ножкой резистора и вернул полевик на место.

Это уже отремонтированная плата:



Собрал стенд, чтобы проверить как работает схема:


Вместо светодиода в качестве нагрузки включил последовательно три диода FR607 прикрепленных к радиаторам. Всегда сначала испытываю схемы на них и только когда схема на 100% работает, тогда включаю светодиод.
Схема заработала сразу. Осталось только выставить ток 2 ампера подстроечником R9.

Очень понравились осциллограммы снятые с истока VT3:


Эта осциллограмма на медленной развертке и на ней видны пульсации питающего напряжения. В середине уровень выходного напряжения, а в самом низу ЭДС самоиндукции дросселя во время отдачи им накопленной энергии. Выходной транзистор переключается настолько быстро, что осциллограф даже не фиксирует фронты - настолько они крутые. Это видно по отсутствию муара между верхней кривой пульсаций и выходным уровнем. Это очень хорошо, т.к. транзистор практически не находится в активном режиме и поэтому не греется. Муар только виден внизу, где дроссель отдает энергию, т.е. там фронты не такие крутые, но нам это уже не столь важно.

Ниже представлена осциллограмма на быстрой развертке, чтобы были видны фронты импульсов:


Как видим, уровень выходного импульса повторяет пульсации сетевого выпрямителя и в зависимости от величины питающего напряжения меняется ширина выходного импульса(ШИМ в действии).

Доделанная плата при испытаниях показала очень хорошие результаты и при получасовом прогоне выходной транзистор стал всего лишь чуть теплее комнатной температуры. Дроссель тоже нагрелся очень слабо.
Т.е. плату теперь можно смело засовывать в фару.

Печатная плата в двух вариантах: 1.Чтобы пометить в фару. 2.Коробочный вариант.

Печатные платы для фары

Итоговая схема фары:



Вид печатной платы в исполнении внутри фары ФГ-306 (размер платы 160х55мм):


Скачать печатную плату для фары в формате Sprint-Layout 5.0.

Вид печатной платы(коробочный вариант)(размер платы 80х60мм):

Скачать печатную плату для коробки в формате Sprint-Layout 5.0.

[wagner]

А я вот тут сделал схему с заводским драйвером. Который продают в магазине. Посмотрите пожалуйста, что там не так.

http://www.wagnerland.ru/index.php?topic=58.msg1402#msg1402

[omich]

А я вот тут сделал схему с заводским драйвером. Который продают в магазине. Посмотрите пожалуйста, что там не так.

Ответил в той теме.

[Megatest]

А можно вопросик маленький?
На какое входное напряжение рассчитана схема ?

[omich]

На какое входное напряжение рассчитана схема ?

От 4,5 до ... на сколько стоит конденсатор по питанию или не более 40 вольт для LM2576T или до 60 вольт LM2576HVT.
Минимальные 4,5 вольта чисто из-за полевика IRF4905. Без полевика микросхема с 2-х вольт уже начинает выдавать на выход импульсы, но тогда теряем 25% КПД.

Добавлю, что если нужен значительно больший ток, к примеру 9A для светодиода SST-90, то можно на выходе поставить несколько полевиков и у каждого свой дроссель и диод шоттки, а батарея выходных конденсаторов будет общая. Ну и если питание брать чисто от аккумулятора, то узел отвечающий за изменение тока можно выкинуть и сразу подобрать R12 на нужный ток.

[Megatest]

не могу понять как запирается полевик при таком разносе питания от 4 до 40 В
С полевиками у меня как то с детства не сложилось .......

[omich]

не могу понять как запирается полевик при таком разносе питания от 4 до 40 В

Со 2-й ноги микросхемы идут положительные импульсы, которые открывают VT2, который в свою очередь открывает полевик(заряжает емкость затвора), а в промежутках между импульсами VT1 очень быстро его закрывает(разряжает емкость затвора). Тут главное  как можно быстрее перезаряжать не маленькую емкость затвора(порядка 1300 пф), т.е. обеспечить крутые фронты перезаряда емкости затвора, а иначе будут потери в виде нагрева полевика. Правда если уж очень большой ток в заряд затвора вкладывать, то полевик тоже может нагреваться, поэтому заряд идет через резистор ограничивающий ток(в нашем случае R7). В итоге схема на VT2,VT1,VT3 с диодом VD1 и резистором R4 полностью повторяют(усиливают по току) импульсы на 2-й ноге микросхемы.
С этими полевиками вообще интересно экспериментировать. К примеру, измеряешь сопротивление между стоком и истоком и оно равно бесконечности, а потом касаешься щупами омметра между стоком и затвором так, чтобы минус был на затворе(для P-канального полевика; для N-канального наоборот) и затем опять измеряешь  сопротивление между стоком и истоком и оно уже показывает короткое замыкание, т.е. емкость затвора зарядилась и в таком состоянии полевик может находиться очень долго пока не разрядить затвор.

[Megatest]

У меня стоит irf5305
Нормально работает в диапазоне 4-12В.
Как только переходим границу в 12 вольт начинает жутко греться.
и никак не пойму почему.
Пробовал и по Вашей схеме подключить - такая же история.

Ну и еще вдогонку - 17 витков на кольце не мало для 150мкгн ?
150 мкГн на кольце 13*7*7 = 74 витка по расчетам.

[omich]

У меня стоит irf5305
Нормально работает в диапазоне 4-12В.
Как только переходим границу в 12 вольт начинает жутко греться.
и никак не пойму почему.

IRF5305 у меня тоже есть. По характеристикам они очень похожи на IRF4905, а разница у них только в сопротивлении канала в открытом состоянии. У IRF5305 оно 0,06 Ом, а у IRF4905 0,02 Ома, т.е. немного предпочтительнее ставить IRF4905, но они в два раза дороже, хотя "для себя" мне не жалко поставить деталь с лучшими характеристиками. 
Греется скорее всего из-за насыщения магнитопровода. Можно попробовать сделать в кольце зазор. Есть неплохая статья по расчету дросселей. Там же в конце есть схема для проверки насыщения магнитопровода.

Я использовал кольца со старых материнских плат(желтое с красным боком). Информации по ним мало, но наверно они сделаны из распыленного железа, поэтому их можно использовать без зазора. Там эти кольца работали как раз в цепи питания процессора. Индуктивность я не рассчитывал и померить нечем, но прикинул витки чисто чисто пропорционально. Изначально на кольце было 5 витков и оно работало в схеме, где из 12 вольт получали 1,2...1,5 вольта, т.е. на 5 витках в импульсе падало около 10 вольт. Я намотал 17 витков и этого оказалось вполне достаточно(в один слой больше не влезло). Генератор Дэшки под нагрузкой больше 25 вольт ни как не выдавал, поэтому у меня в таблице измерения КПД и представлены измерения до 28 вольт(питал от сетевого трансформатора подключенного через ЛАТР) и какого либо существенного нагрева не наблюдалось. При больших входных напряжениях кольцо греется, но не очень сильно, а полевик тоже больше 30 градусов не нагревался, поэтому он у меня на плате будет без радиатора.
Надеюсь, в эти выходные доделаю схему и испытаю, хотя на обычной плате схема уже была испытана и я бы не стал делать в таком исполнении, если бы не был уверен, что все работает правильно.

ЗЫ. Индуктивность 150 мкГн взята не с потолка, а из даташита LM2576 для тока 3 ампера. Первоначально я пробовал ставить покупные "бочонки" рассчитанные на 3 ампера, но мне не понравилось как они сильно грелись. Провод на этих бочонках тонковат, как мне кажется, для такого тока, а с более толстым проводом в Митино я не нашел, поэтому начал экспериментировать с различными другими сердечниками и самый лучший результат оказался именно с кольцами с материнской платы.

[Megatest]

Информация по кольцам есть. Посмотрите информацию по EPCOS.
На матерях те что стоят - 7-9 мкГн.
Для расчета дросселей использую программу http://forum.cxem.net/index.php?app=core&module=attach&section=attach&attach_id=146121

ну и вот еще по дросселям:

Скрытый текст

Согласно документу (“http://alex-ismagilov.com/radio/Power/DC-DC_Converter_2/info/IronPowderCoils.doc”, “http://alex-ismagilov.com/radio/Power/DC-DC_Converter_2/info/IronPowderCoils.xls”) определяем параметры тех сердечников которые удалось найти.
В моем случае: Зелено-голубой, внешним диаметром 12,7 мм и высотой 6,35 мм. Для него AL = 43,5 нГн/Вит2
Индуктивность дросселя намотанного на кольцевом сердечнике рассчитывается по формуле: L = AL * N2. Следовательно, количество витков необходимых для намотки считается по формуле: N = SQRT(L / AL) = SQRT(33мкГн / 43,5 нГн/Вит2) = 28 Витков. Диаметр провода 0.7мм. Наматывается ровным слоем виток к витку:

[omich]

Глянул программу Drossel(3000).exe. Там тоже зазор на кольцах рассчитывается.


А вот за IronPowderCoils.doc и IronPowderCoils.xls отдельное спасибо! Нашел там как раз свои кольца.

ЗЫ. Некоторые поиски привели еще к одной интересной программе.

[Megatest]

У нас в магазин такие кольца завезли все типоразмеров.
С нагревом разобрался - сам ступил не сделал RC развязку Lm по питанию. Поэтому и импульсы на управление полевиком корявые приходили. Как раз нашелся повод свой осциллограф отремонтировать.

[omich]

С нагревом разобрался - сам ступил не сделал RC развязку Lm по питанию.

Странное дело с этой развязкой, когда микросхема без усиления внешним ключом, то развязка не нужна. Хотя нигде подобного приема не видел, но  впервые ее применил еще на MC34063 с такой же схемой усиления на IRF4905. Там у меня на малых токах все было нормально, но как срабатывал полевик изменяющий токоизмерительный резистор, то начинался кошмар похожий на самовозбуждение и тоже сильно грелся выходной полевик. Под спойлером ниже 29-я страница с Дырчика взятая из кеша гугла, где я как раз дошел до применения RC-развязки по питанию сначала на микросхеме MC34063:

Взято из кеша гугла

Добавлено: 11:21 / 30.07.12 | Последний раз редактировалось: omich (13:02 / 30.07.12), всего редактировалось 1 раз

Провозился выходные в попытках сделать более эффективную схему питания светодиода, но так ни чего и не вышло.
Пробовал собирать как на N-канальном мосфете(схема 1), так и на P-канальном(схема 2). Пробовал собирать для начала просто стабилизатор напряжения и, если бы он заработал как надо, то переделать его на стабилизатор тока очень легко.
Первым решил попробовать собрать на N-канальном мосфете, как на более распространенном. Особенность его включения такова, что ему требуется боле высокое напряжение, чем питающее. Идею как его включить сдул с микросхемы SC1101. Идея замечательная и работает, НО... ...это работает, когда напряжение маленькое. Когда я подал на вход 15 вольт, то на затворе полевика 45N03L импульсы выросли до 30 вольт и его пробило. Заменив полевик, стал аккуратно прибавлять входное напряжение и смотреть какое оно на затворе. При 10 вольтах, на затворе уже 20...25 вольт, т.е. предельное напряжение и поднимать выше уже нельзя, а кроме этого микросхема 34063 очень странно работала. Вместо ШИМ на выходе были отдельные редкие импульсы.





Хоть на выходе и поддерживалось заданное напряжение, но мосфеты, что по первой схеме, как затем и по второй довольно сильно грелись, из-за чего пришлось для отвода тепла припаивать к медной пластине. Кроме этого ощутимо грелись все конденсаторы. Ни какая керамика им не помогала. На выходе даже поставил 1000 + 2200 мкф, но это лишь чуть-чуть ослабило нагрев выходных емкостей.
В форумах народ пишет, что навесной монтаж для таких схем противопоказан. Получается, что очень даже так оно и есть. Боюсь, что из-за наводок на проводках у микросхемы "сносит крышу" по обратной связи и она работает совершенно неадекватно. Дроссель L1 тоже делал разным от чуть ли не 1 мкГн, до 300 мкГн. Частотно задающий конденсатор C2 тоже ни какого влияния на стабильность работы микросхемы не оказывал. В общем, полный бред. Странно, что на LM2576 у меня схема стабильно работает, хотя тоже пока еще собрана на навесном монтаже.

А это уже через некоторое время:
Добавлено: 13:22 / 06.08.12



Спаял по схеме и начал отлаживать. На малых токах, пока закрыт VT4, схема заработала вроде как надо, но как только начинал открываться VT4, то у нее опять "сносило крышу".  Пробовал менять L1 на разных сердечниках, совершенно разной индуктивности - ни чего не помогало. Не помогло также замыкание питания микросхемы ни электролитами, ни керамикой.

Упростил схему, чтобы выявить что же с ней не так. Кроме этого подал питание на микросхему через RC-фильтр 390 Ом и 1000мкф и о чудо, схема ожила. Вот оказывается где была собака зарыта!!! Сколько не видел схем на MC34063, но ни в даташите и ни где еще ни кто ее так не запитывал, а ставили только ей емкости по питанию.

Схема заработала, но с индуктивностью L1 тоже пришлось немного повозиться. Перепробовал ставить и гантельки разных индуктивностей и кольца, но лучше всего заработало кольцо точно такое же, как я использовал в схеме на LM2576, т.е. желтое с красным боком. В этот раз намотал 17 витков:

Самая подходящая индуктивность получилась из такого кольца К10х6х5 с материнок.

По идее, надо бы намотать витков 20, т.к. ближе к входным 40 вольтам кольцо уже начинает входить в насыщение, но в один ряд больше не влезло, да и 40 вольт с Дешкиного гены под нагрузкой никогда не будет. Кроме того, пришлось уменьшить емкость задающего генератора у микросхемы аж до 36 пф, т.к. на больших токах при даташитовских 220 пф микросхема слишком медленно отслеживала выходной сигнал и из-за этого были увеличенные пульсации в выходном напряжении. Также пришлось поставить демпфирующую цепочку R4, C4, чтобы погасить паразитные колебания.

В итоге получилась вот такая плата:



Как только схема заработала правильно, то измерил её КПД, который оказался всего на 10% лучше, чем голая LM2576.



Картинка кликабельная и на увеличенной фотке показал красной стрелкой, что сделал разрыв питания на плате, чтобы получился RC-фильтр.

[Megatest]

Надо заканчивать с драйверами и браться за микроконтроллерное зажигание.
Поучаствовать не желаете?

[omich]

Поучаствовать не желаете?

Я с микроконтроллерами знаком и даже программировал когда-то, но сейчас ничего нет, да и пока надо на 100% до ума довести зажигание с преобразователем напряжения. Сейчас наконец-то сам стенд отладил и теперь будет намного легче проводить измерения. Кстати, на том же Мопедисте народ в теме Чип тюнинг мопеда уже что-то подобное ваяет.