Przetwornica CC z trybami
: wtorek 22 wrz 2009, 09:50
Witam
No i zaczynam nowy projekt, a jest to sterownik constant current czyli w diodę LED ma iść prąd stały odpowiedniej wartości a nie prąd max modulowany przez PWM.
Bazą tego rozwiązania jest układ przetwornicy step-down wykonany w oparciu o układ PT4105. Układ PT4105 jest typową przetwornicą Step-down z pomiarem prądu na rezystorze szeregowym, ale ma niewątpliwą zaletę, czyli stosunkowo niskie napięcie FB (pomiarowe) wartości 0,2V.
W datasheet'ie, jest opisana możliwość sterowania układem przetwornicy przez scałkowany sygnał PWM, lecz jest jedno ale, a mianowicie napięcie zasilania procesora....
Do zasilania procesora potrzebujemy napięcie z zakresu 1,8 do 5,5V (ATTiny 13), napięcie zasilania przetwornicy może być jednak wyższe od 5,5V (ze względu na podtrzymanie możemy dodać około 0,6V), wtedy by trzeba zasilać z osobnego stabilizatora, co czasem bywa uciążliwe, a gdy użyjemy przetwornicę step-up/down, wręcz niemożliwe a układ ma być w założeniu dość uniwersalny. Postanowiłem zasilać procesor z napięcia zasilającego LEDa, jednak wiąże się to z jednym ograniczeniem, a mianowicie minimalnym prądem LEDa, czyli dioda musi być zasilania pewnym minimalnym napięciem wystarczającym do pracy uC. W moim przypadku jest to 1,8V + 0,2V (dioda Shotky’ego, przy małym prądzie), czyli około 2V, biorąc jednak pod uwagę pewien zapas energii kondensatora podtrzymującego, można przyjąć napięcie 2,5V
Ideę układu przedstawia poniższy schemat:
Dla uproszczenia jednak początkowo rozpatrywać będziemy poniższy schemat:
Klasyczny obwód jest zbudowany z elementów R1, R2, R3, R4, C1, D1 (LED).
Działa to tak: Przepływ prądu przez Diodę D1 oraz R1, powoduje na tym ostatnim spadek napięcia, który jest dostarczany do wejścia FB (feedback – sprzężenie zwrotne), a układ przetwornicy dąży do utrzymania stałej wartości tego napięcia na poziomie 200mV (0,2V), w konsekwencji stabilizując prąd płynący przez LEDa.
Zmianę prądu (zmniejszenie) możemy dokonać "oszukując" niejako układ przetwornicy i podając dodatkowe napięcie dodające się do napięcia Ur1 (czyli R1 x Ir1, które równe jest Iled). Realizowane jest to przez wywołanie spadku napięcia na dodatkowym rezystorze R2. Spadek napięcia na tym rezystorze wywołany jest natomiast przepływem prądu w obwodzie R1, R2, R3 (na razie R4 pomijam, potem wyjaśnię). Z tym, że Rezystory R2 i R3 stanowią dzielnik rezystancyjny, który powoduje zmniejszenie napięcia sterującego do wartości maksymalnej 200mV na rezystorze R2.
Teraz zasada działania regulacji, ponieważ układ dąży do utrzymania stałego napięcia na wejściu FB, a nie spadku napięcia na R1. Biorąc powyższe pod uwagę mamy ogólny wzór:
Ur1 + Ur2 = 200mV
Z tego wynika, że wymuszając spadek napięcia wartości 200mV na R2 możemy uzyskać prąd LEDa 0,0A (przynajmniej teoretycznie, gdyż ta wartość jest ograniczona koniecznością zasilania procesora)
Dalej:
Ur1 = R1 x Iled (w przybliżeniu, lecz dokładnym o czym potem)
Ur2 = R2 x I2 (nazwijmy tak na razie w skrócie)
A:
I2 = Uc1 / (R3 + R2 +R1)
Wziąwszy jednak pod uwagę, że R1<<R2, możemy tę wartość pominąć w obliczeniach, co sygnalizowałem wcześniej. Czyli ostatecznie wzór przyjmuje postać:
I2 = Uc1 / (R3 + R2)
Teraz pojawia się problem, a mianowicie Uc1. Ponieważ napięcie zasilania uC zmienia się stosownie do prądu płynącego przez LEDa, to wahaniom ulega również napięcie na wyjściu portu PWM, co powoduje przenoszenie tych zmian na napięcie sterujące czyli Ur2. Nie jest jednak źle, gdyż układ dąży do stabilności samoczynnie, ze względu, że jest to ujemne sprzężenie zwrotne.
Przeanalizujmy:
Zwiększając napięcie Uc1, wymuszamy przepływ większego prądu przez dzielnik R2, R3, co powoduje zwiększenia spadku napięcia na R2, a więc z równania
200mV = Ur2 +Ur1
wynika, że przetwornica będzie obniżać prąd LEDa, do uzyskania mniejszego spadku na R1 zachowując 200mV na wejściu FB.
Tutaj pojawia się nowe zjawisko, czyli zmniejszenie napięcia zasilającego procesor, a w konsekwencji obniżenie napięcia Uc1, czyli też Ur2. Przetwornica chcąc zachować stałą wartość napięcia na FB, będzie podnosić napięcie zasilające LED, a w konsekwencji prąd i spadek napięcia na R1, a to znowu podniesie napięcie zasilania uC i w konsekwencji Uc1.
Układ dąży co prawda do stabilności, lecz mogą pojawiać się gasnące oscylacje przy zmianach jasności
Głównym elementem ustalającym częstotliwość owych oscylacji będzie kondensator podtrzymujący zasilanie uC.
Pomyślałem więc, że uC powinien sam mierzyć napięcie na R1 i odpowiednio programowo reagować na jego zmiany, zwiększając i zmniejszając wartość PWM, co też może powodować oscylacje, lecz w dużo mniejszym zakresie.
Innym sposobem, jest stabilizacja napięcia PWM, ale tutaj trzeba by użyć diody zenera o stosunkowo niskim napięciu przewodzenia, lub np.: 2 szt. diod krzemowych połączonych szeregowo w kierunku przewodzenia.
Czyli coś takiego:
Czy koledzy mają jakieś uwagi do mojego toku rozumowania, lub może lepsze pomysły?
Pozdrawiam
No i zaczynam nowy projekt, a jest to sterownik constant current czyli w diodę LED ma iść prąd stały odpowiedniej wartości a nie prąd max modulowany przez PWM.
Bazą tego rozwiązania jest układ przetwornicy step-down wykonany w oparciu o układ PT4105. Układ PT4105 jest typową przetwornicą Step-down z pomiarem prądu na rezystorze szeregowym, ale ma niewątpliwą zaletę, czyli stosunkowo niskie napięcie FB (pomiarowe) wartości 0,2V.
W datasheet'ie, jest opisana możliwość sterowania układem przetwornicy przez scałkowany sygnał PWM, lecz jest jedno ale, a mianowicie napięcie zasilania procesora....
Do zasilania procesora potrzebujemy napięcie z zakresu 1,8 do 5,5V (ATTiny 13), napięcie zasilania przetwornicy może być jednak wyższe od 5,5V (ze względu na podtrzymanie możemy dodać około 0,6V), wtedy by trzeba zasilać z osobnego stabilizatora, co czasem bywa uciążliwe, a gdy użyjemy przetwornicę step-up/down, wręcz niemożliwe a układ ma być w założeniu dość uniwersalny. Postanowiłem zasilać procesor z napięcia zasilającego LEDa, jednak wiąże się to z jednym ograniczeniem, a mianowicie minimalnym prądem LEDa, czyli dioda musi być zasilania pewnym minimalnym napięciem wystarczającym do pracy uC. W moim przypadku jest to 1,8V + 0,2V (dioda Shotky’ego, przy małym prądzie), czyli około 2V, biorąc jednak pod uwagę pewien zapas energii kondensatora podtrzymującego, można przyjąć napięcie 2,5V
Ideę układu przedstawia poniższy schemat:
Dla uproszczenia jednak początkowo rozpatrywać będziemy poniższy schemat:
Klasyczny obwód jest zbudowany z elementów R1, R2, R3, R4, C1, D1 (LED).
Działa to tak: Przepływ prądu przez Diodę D1 oraz R1, powoduje na tym ostatnim spadek napięcia, który jest dostarczany do wejścia FB (feedback – sprzężenie zwrotne), a układ przetwornicy dąży do utrzymania stałej wartości tego napięcia na poziomie 200mV (0,2V), w konsekwencji stabilizując prąd płynący przez LEDa.
Zmianę prądu (zmniejszenie) możemy dokonać "oszukując" niejako układ przetwornicy i podając dodatkowe napięcie dodające się do napięcia Ur1 (czyli R1 x Ir1, które równe jest Iled). Realizowane jest to przez wywołanie spadku napięcia na dodatkowym rezystorze R2. Spadek napięcia na tym rezystorze wywołany jest natomiast przepływem prądu w obwodzie R1, R2, R3 (na razie R4 pomijam, potem wyjaśnię). Z tym, że Rezystory R2 i R3 stanowią dzielnik rezystancyjny, który powoduje zmniejszenie napięcia sterującego do wartości maksymalnej 200mV na rezystorze R2.
Teraz zasada działania regulacji, ponieważ układ dąży do utrzymania stałego napięcia na wejściu FB, a nie spadku napięcia na R1. Biorąc powyższe pod uwagę mamy ogólny wzór:
Ur1 + Ur2 = 200mV
Z tego wynika, że wymuszając spadek napięcia wartości 200mV na R2 możemy uzyskać prąd LEDa 0,0A (przynajmniej teoretycznie, gdyż ta wartość jest ograniczona koniecznością zasilania procesora)
Dalej:
Ur1 = R1 x Iled (w przybliżeniu, lecz dokładnym o czym potem)
Ur2 = R2 x I2 (nazwijmy tak na razie w skrócie)
A:
I2 = Uc1 / (R3 + R2 +R1)
Wziąwszy jednak pod uwagę, że R1<<R2, możemy tę wartość pominąć w obliczeniach, co sygnalizowałem wcześniej. Czyli ostatecznie wzór przyjmuje postać:
I2 = Uc1 / (R3 + R2)
Teraz pojawia się problem, a mianowicie Uc1. Ponieważ napięcie zasilania uC zmienia się stosownie do prądu płynącego przez LEDa, to wahaniom ulega również napięcie na wyjściu portu PWM, co powoduje przenoszenie tych zmian na napięcie sterujące czyli Ur2. Nie jest jednak źle, gdyż układ dąży do stabilności samoczynnie, ze względu, że jest to ujemne sprzężenie zwrotne.
Przeanalizujmy:
Zwiększając napięcie Uc1, wymuszamy przepływ większego prądu przez dzielnik R2, R3, co powoduje zwiększenia spadku napięcia na R2, a więc z równania
200mV = Ur2 +Ur1
wynika, że przetwornica będzie obniżać prąd LEDa, do uzyskania mniejszego spadku na R1 zachowując 200mV na wejściu FB.
Tutaj pojawia się nowe zjawisko, czyli zmniejszenie napięcia zasilającego procesor, a w konsekwencji obniżenie napięcia Uc1, czyli też Ur2. Przetwornica chcąc zachować stałą wartość napięcia na FB, będzie podnosić napięcie zasilające LED, a w konsekwencji prąd i spadek napięcia na R1, a to znowu podniesie napięcie zasilania uC i w konsekwencji Uc1.
Układ dąży co prawda do stabilności, lecz mogą pojawiać się gasnące oscylacje przy zmianach jasności
Głównym elementem ustalającym częstotliwość owych oscylacji będzie kondensator podtrzymujący zasilanie uC.
Pomyślałem więc, że uC powinien sam mierzyć napięcie na R1 i odpowiednio programowo reagować na jego zmiany, zwiększając i zmniejszając wartość PWM, co też może powodować oscylacje, lecz w dużo mniejszym zakresie.
Innym sposobem, jest stabilizacja napięcia PWM, ale tutaj trzeba by użyć diody zenera o stosunkowo niskim napięciu przewodzenia, lub np.: 2 szt. diod krzemowych połączonych szeregowo w kierunku przewodzenia.
Czyli coś takiego:
Czy koledzy mają jakieś uwagi do mojego toku rozumowania, lub może lepsze pomysły?
Pozdrawiam
Coś nie tak 
