[MrHot]

Перенос со speleo.ru на fonarevka.ru выполнен на правах авторства материалов.


В данной ветке, планируется практическая разработка прототипов LED драйверов, работающих по принципу прямоходового, однотактного (одноквадратного) преобразования. Т.е. тут будут рассматриваться только трансформаторные реализации драйверов для питания светодиодов (цепочек светодиодов) стабильным током.

[MrHot]

Задачи питания LED довольно разнообразны. Разнообразие задач питания LED обусловлено двумя категориями особенностей:
- 1-ая категория особенностей - это разнообразие самих LED и сочетаний их количества в последовательно включённых цепочках (или одной цепочке). Самый простой случай - одна цепь из одного LED.
- 2-ая категория особенностей - это разнообразие химических источников тока и наличие некоторого числа возможностей их включения в последовательные или параллельные цепочки. А может и в последовательно-параллельные схемы включения.

Эти два пункта могут образовывать в жизни большое число задач освещения/питания.
Для решения такого разнообразия задач доступны к использованию разные индуктивные преобразователи:
- STEP_UP (повышающая схема)
- STEP_DOWN (понижающая схема)
- BUCK-BOOST (понижающе-повышающая схема)
- SEPIC (как некое развитие STEP_UP топологии, позовляющее как повышать, так и понижать напряжение на выходе преобразователя)
- есть ещё некоторые резновитности топлогий, которые можно перечислить, но не стоит (на мой взгляд)
Самыми же сложными (на мой взгляд) решениями в области преобразователей можно считать понижающе-повышающие схемы (BUCK-BOOST и SEPIC). Обе эти топологии довольно слабо представлены в виде полу-готовой элементной базы. Кроме того, при своей малой распространённости (например SEPIC) ещё и обладает не высоким КПД преобразования. Т.е. часть столь ценной энергии батарей/аккумуляторов уходит в "космос".
С другой стороны, если вспомнить, что есть не только катушка индуктивности, а ещё есть и импульсный трансформатор, то возникает вопрос - а нельзя ли при помощи такого простого понятия как КоэффициентТрансформации решить часть проблем, которые планируется решать при помощи BUCK-BOOST или SEPIC преобразователей ?
Мне, например, очасти и понятно и отчасти непонятно - почему так много обкатаных схем индуктивных преобразователей и так мало я вижу готовых схем с высоким КПД на базе трансформаторных преобразователей (если быть честным, то не знаю ни одной схемы, чтобы её хотелось повторить). Сие явление понятно - потому что есть понятие габаритов в портативной технике, и наличие индуктивных элементов с меньшим числом обмоток явно даёт некий выигрыш в габарите изделия. Но не понятно (мне): как и какимим способами разработчики решают несколько нестандартные задачи питания LED ? Т.е. к несандартным задачам, я посмею отнести те задачи, для решения которых довольно трудно(а порой просто невозможно) подобрать готовую микросхему-контроллер для изготовления на её базе LED driver-а. Вечный перебор, подбор, обзор подобного рода микросхем рано или позно начинает наскучивать (но без этого никак).
И так - стоит попробовать трансформаторные преобразователи в области питания LED. Даже если это и тупиковая ветвь - то стоит узнать на практике, почему она тупиковая.
Я посмею остановить свой выбор на прямоходовом однотактнике.
Вот его упрощённый вид: (из статьи "НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА ПОСТРОЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ DC/DС ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ" )

[MrHot]

Т.к. просто так мучиться - не интересно, надо ставить потребную задачу.
Я хотел выбрать для старта задачу:
- питание 3 * Li-Ion аккумулятора последовательно (Например форм-фактора 18650, не важно)
- 3 * LED последовательно (например 3 ватт каждый).
- (отдельным пунктом) 100% выработка ресурса батареи на разряд. Разряжаем до 2.8V кажый Li элемент и стопорим процесс преобразования. Считаем, что каждый аккум в батарее снабжен защитой от переразряда и батарея в целом сбалансирована.
Т.е. это "формула" 3*Li-Ion (аккум) + 3*LED
Эта задача, в целом похожа на задачу: 1*Li-Ion (аккум) + 1*LED. Если 1*Li-Ion + 1*LED уже решена фирмачами на LTC3454 и подобных ей, то вот для формулы 3*Li-Ion + 3*LED - такого "типового" решения я пока не увидел (возможно плохо искал). Такого рода задачи требуют для своего решения повышающе-понижающие возможности преобразователя. Для того случая что я привёл, возникает сложность - более высокое напряжение питания микросхемы-контроллера (порядка 14V). Например LTC3454 сгорает на 5.5V (что весьма и весьма не много). Кстати, очень много микросхем-контроллеров имеют такое напряжение как максимально-допустимое (не знаю почему так, возможно это отчасти маркетинг).

Т.е. у меня есть диапазон питающих напряжений: 8,4V...13V.
Т.к. нагрузка для меня - это LED. То такая нагрузка в целом будет требовать для своего питания, напряжение >9,9V (при стабильном токе, который я хочу задать как 0,7А). Попробую стремиться к КПД > либо равно 85%.

[MrHot]

Как мне показалось, все сложности данного вида преобразователя - это технология размагничивания сердечника на "обрантном" ходе.
Первое, что мне не понятно - надо ли делать хоть какой-то немагнитный зазор в трансформаторе однотактного прямохода ? Я подозреваю - что нет такой необходимости (но не уверен, что сердечник, можно будет размагничивать пассивными средствами). Мотать размагничивающую обмотку - крайне не желательно из соображений габаритов.
Вот, давно посматривал на самый яркий пример - сварочник на прямоходе.
Но тут красуется зазор. Неужели так необходим ?

[MrHot]

При отсутствии с голове стройных математических моделей расчёта параметров данной схемы, можно "позаимствовать" мозг вот тут: http://schmidt-walter.eit.h...

Вот чего выходит:
Vin_min = 8,4V
Vin_max = 14V
Vout = 9,9V
Iout = 0,7A
f = 50 kHz

Расчёт даёт L = 539.3uH (видимо, это индуктивность первичной обмотки) Я, наверное должен добится этого значения индуктивности на своём, весьма конкретном сердечнике (который пока мной не определён).
N1/N2 = 0.38 (я пока не пойму, почему так, как это вообще можно посчитать). По гафикам, что выводит рассчёт видно амплитудное напряжение на вторичке - примерно 36V. Странно всё это...

Насколько эта методика расчёта вообще пригодна ? И какие есть ещё методы расчёта такой схемы ?

[vaska]

mr-hot писал(а):для формулы 3*Li-Ion + 3*LED - такого "типового" решения я пока не увидел (возможно плохо искал).

"Типовое" решение - LT3477: 3 А, максимальное напряжение на ключе 42 В, при выходе 600 мА в buck/boost-включении КПД больше 90 %. Длительно работает без специального теплоотвода, прокачивая 24 Вт, с теплоотводом доводил до 35 Вт.

[AVSel]

Если есть возможность обойтись индуктивностью, трансформатор обычно предпочитают не ставить.
Недостатки:
- Геморрой с изготовлением нестандартного трансформатора.
- В случае однотактной схемы, дополнительные потери, за счет рассеивания части запасенной в сердечнике энергии на первичке.
- Увеличение габаритов, за счет более мощного сердечника и доп. обмотки.
- От выходного диода уже не избавиться. (Хотя можно попробовать заменить его полевиком, управляемым отдельной обмоткой).