В статье пойдет речь о импульсном повышающем преобразователе мощностью более 60Вт для питания светодиодов. А именно – будет рассказано, как запитать 6 светодиодов мощностью 10Вт от свинцового аккумулятора.

Предыстория.

7 мая. Для многих этот день – профессиональный праздник, день радио. Именно 7 мая 1895 года А.С. Поповым на заседании физико-химического общества была передана первая радиотелеграмма,  поэтому этот день считается днем изобретения радио.

В нашем институте этому празднику придается особое значение, и оно сочетается с полувековой традицией ходить организованной колонной к памятнику Попову в этот день, и осуществлять его «омовение»:)

Разумеется, студенты радиофака должны как-то выделяться из толпы – для этого факультетом были сделаны большие позолоченные буквы из пенопласта.  А благодаря особым пляскам правительства с отменой перехода на зимнее время в этом году шествие сместилось на почти темный вечер.  Кто же среди ночи увидит все «прелести» букв? Понятное дело,  потребовалось сделать освещение. Об этом освещении в статье и пойдет речь.

 Всё должно было быть переносным и обеспечивать время автономной непрерывной работы не менее полутора часов. Из экономических соображений было выбрано светодиодное освещение, и навскидку определена необходимая мощность.  По ряду причин в городе не нашлось десятиваттных белых светодиодов за разумную цену, поэтому было решено покупать готовые светодиодные прожекторы. Вот такие прожектора.

На ибее есть такие же (их, наверное, там и берут, приляпывая свои наклейки) по 20$ с доставкой; там же есть такие прожекторы, но с питанием от 12в. Время не позволило столько ждать и пользоваться крайне непредсказуемой почтой России, поэтому прожекторы купил здесь.

Прожекторы достаточно яркие.

Далее встала задача запитать всё это «счастье» от 12в, то бишь от обычной свинцовой АКБ.

Из прожекторов были беспощадно выдраны «драйверы». Как выяснилось, они намертво залиты компаундом, переделать под простые небольшие БП их не выйдет. Драйверы могут выдавать 6-11в при стабилизированном токе в 900мА.

При тех самых 900мА на светодиодах падало примерно 9,45в. Оптимальным решением было их последовательно соединить в гирлянду, как я и поступил. По этим условиям были выставлены требования к преобразователю:

- диапазон входных напряжений 9..12в

- выходная мощность не менее 60 Вт

- выходное напряжение 40..80в

- подстраиваемый выходной ток 0.5..1.5А

- защита от отсутствия нагрузки, возможность подключать светодиоды к работающему преобразователю

- минимальная себестроимость, минимум выводных компонентов

В качестве ШИМ контроллера используется МК ATtiny261. То, что получилось:

Классический boost converter.   Калькулятор бустера: http://www.ladyada.net/library/diyboostcalc.html

Затвором полевого транзистора управляет драйвер IR4427, половинки запараллелены.  Можно было применить IR4426, генерируя инвертированный ШИМ.

Частота среза ФНЧ в цепи ОС около 17.5кГц.

Описание программы

МК тактируется от внутреннего RC генератора на 8МГц. АЦП контроллера использует внутренний ИОН на 2.56в. Тактовая частота модуля АЦП выбрана максимально возможной при максимальной точности – 250 кГц (делитель на 32). При этом АЦП может давать примерно до 16к значений в секунду. Конфигурация таймера-счетчика 1: Быстрый ШИМ, частота  – 125 кГц, потолок (OCR1C в этом режиме) = 255. Тактирование таймера от PLL на 64 МГц.  Единица на ножке OC1A устанавливается при переполнении, сбрасывается при совпадении со значением регистра OCR1A, т.е. ШИМ не инвертированный.

Таймер-счетчик 0 сконфигурирован на генерацию прерывания по переполнению (Считает до 0xFFFF = 65535), тактирование таймера 31 кГц. Период вызова прерывания около двух секунд.

В прерывании проверяется состояние аккумулятора, при напряжении ниже 9в устанавливается флаг разряда.

В главном цикле программы получаем значения с каналов АЦП, отвечающих за ток и напряжение в нагрузке.

Проверяем флаг разряда аккумулятора.  Если всё нормально, идем дальше.

Если измеренное напряжение выше планки заданного ограничения и измеренный ток (дальше просто ток и напряжение, соответственно) меньше «минимального» (нагрузки нет), сбрасываем тягу в ноль.  Иначе если ток больше максимального или напряжение больше заданной планки (нагрузка всё-таки есть, но ограничение мы пролетели) убавляем заполнение ШИМ на единицу, если оно отлично от нуля.

Если ток меньше максимального и напряжение меньше максимального, то: если заполнение ШИМ меньше максимального значения (чтобы случайно в один прекрасный момент не открыть транзистор на весь период), инкрементируем на 1;   если ток больше минимального (нагрузка есть) и значение ограничителя напряжения равно «среднему» (максимальное напряжение, которое будет на выходе преобразователя без нагрузки) то поднимаем планку ограничителя (присваиваем значение, которое максимально допустимо на выходе при подключенной нагрузке). Иначе, если ток меньше  минимального, опускаем планку ограничителя до «среднего».

Некоторые примечания: при таком алгоритме возможно возникновение «звона», когда пролет заданных напряжения или тока происходит довольно сильный, и происходит перерегулирование. В таком случае имеет смысл увеличить плавность изменения заполнения ШИМ (например, делать задержку или пропускать сколько-то итераций цикла, прежде чем менять заполнение).  Так же важна частота среза RC цепочки. Если она будет слишком высокой, могут просачиваться помехи с выхода, если же слишком низкой – будет сдвиг фазы, сигнал с ОС будет значительно «запаздывать», что способствует возбуждению. Частота среза ФНЧ должна быть минимум в несколько раз выше частоты дискретизации с данного входа АЦП. Осциллографа под рукой у меня не было, самому интересно посмотреть и оценить уровень пульсаций, но значения по мультиметру  держит железно. Внешних признаков «звона» тоже нет, и светодиоды не мерцают.

Скорость ОС такова, что при отключении нагрузки по мультиметру напряжение успевает подскочить на доли вольта, после чего опускается до «среднего» ограничения. Естественно, нужно смотреть осциллограммы.

В перспективе – оптимизация алгоритма и переписывание на ассемблер. В таком виде пока не буду выкладывать исходники, они будут чуть позже.

Отмечу, что мне всё же пришлось увеличить размер радиатора. Стоило применить вместо IRL540 транзистор с меньшим сопротивлением открытого канала,  хоть и с большей емкостью затвора, запас со стороны микросхемы-драйвера есть. Например, можно поставить IRF3710, у него сорпотивление канала почти в два раза меньше.  КПД преобразователя примерно равен 95%.

Критика и комментарии приветствуются.

⎝⏠⏝⏠⎠