Источник тока для мощных светодиодов с питанием от сети 220 В 50 Гц

Импульсный блок питания светодиодов представляет собой выпрямитель с фильтром и понижающий преобразователь с обратной связью по току. Для построения источников тока для мощных светодиодов часто используются микросхемы ШИМ-контроллеры Supertex HV9910B, HV9961. Стандартные схемы включения этих микросхем мало отличаются, при некоторых условиях они взаимозаменяемы. HV9961 более дорогая, т.к. обеспечивает контроль среднего тока светодиодов, а не пикового. Есть другие отличия, о которых можно прочесть на сайте производителя, документ AN-H64. Я взял HV9961, говорят, она более живуча.
Расчет, изготовление и тестирование источника на микросхеме HV9961 под катом.

Мне нужен был блок, питающий током 750 мА 10 СИДов Cree XM-L. Оценим выходное напряжение блока: Vout = 10 * Vled при 750 мА = 29 В. Пусть пульсации тока будут меньше +-15% (я не знаю, как их величина влияет на работу светодиодов). Имелся корпус G1022BF, что накладывает ограничения на размер платы блока питания. Таким образом, исходные данные:
напряжение питания: 220 В, 50 Гц;
выходное напряжение: 30 В;
выходной ток: 750 мА;
пульсации тока: менее +-15%;
размер платы: менее 100х60 мм.

За основу берем стандартную схему включения:


Это понижающий преобразователь, для простоты ток измеряется в цепи истока переключающего транзистора и усредняется. На контакт Vin можно подавать высокое напряжение, которое питает встроенный регулятор напряжения 7,5 В, вывод регулятора – Vdd. PWMD и LD служат для плавной регулировки тока светодиодов. Резистор Rt задает частоту переключения (точнее, время паузы), Rcs – ток на СИДах. При питании от сети 220 нужно добавить выпрямитель и фильтр.

Расчет схемы

1. Частота переключения. Частота переключения в схеме не фиксированная, задается только время паузы. Для номинальных напряжений на входе (310 В после выпрямителя) и выходе коэффициент заполнения . С другой стороны, , где tu – время проводимости, tn – время паузы, f – частота переключения. Сопротивление резистора Rt определяется из выражения . Возьмем Rt = 330 кОм, это соответствует времени паузы 13,5 мкс и номинальной частоте 73 кГц. Чем выше частота, тем меньшего размера будет катушка и тем больше потери на переключение на транзисторе.

2. Регулировка тока. Токозадающий резистор. Rcs = 0.272 В / Iled = 0,363 Ом. Я решил взять Rcs = 0,33 Ом, т.е. 3 резистора по 1 Ом в параллель, что соответствует току 824 мА и сделать плавную регулировку тока с помощью вывода LD микросхемы. В описании сказано, что регулировка тока осуществляется, когда на выводе LD напряжение от 0 до 1,5 В. Подключаем делитель напряжения к напряжению 7,5 В. Необходимые сопротивления несложно посчитать, результат показан на окончательной схеме.
Можно проверить, сколько мощности выделяется на токозадающих резисторах: 824 Ма*272 мВ = 224 мВт, на каждом резисторе 75 мВт. Используем типоразмер 0805 (125 мВт).

3. Катушка индуктивности. Для пульсаций тока менее +-15% (полный размах 0,3*750 мА) индуктивность должна быть больше

Пиковый ток на катушке будет 750 мА +15% = 863 мА. Готовые катушки с такими параметрами найти непросто, поэтому придется изготавливать самостоятельно.
Имелся эмальпровод с внешним диаметром 0,7 мм, исходя из этого, по прикидочным расчетам был подобран сердечник КВ10 (аналог RM10), феррит М2500НМС1 (аналог N27).
Кратко опишу расчет дросселя. Чтобы сердечник не насыщался, необходимо ввести зазор. В начале наматываем максимальное число витков, которые влезают в окно сердечника. У меня получилось 6 слоев по 15 витков с запасом для компаунда, всего 90 витков. Далее вводим максимальный зазор для необходимой индуктивности. Можно считать вручную, я считал в программе EPCOS MDT для RM10 N27. Получаем для суммарного зазора 0,6 мм (прокладки между сердечниками по 0,3 мм) значение Al = 200 нГн и L= Al * N^2 = 1,62 мГн. Индуктивность получилась немного меньше, значит пульсации побольше +-15%, что меня устроило.
Теперь надо посчитать индукцию при максимальном токе и убедиться, что сердечник не насыщается. По формуле 8 из [2] и данным из программы (Al = 200 нГн, mui = 71) для тока 1 А (с запасом) получаем индукцию 183 мТл, что меньше 300 мТл и, значит, насыщения нет.
В итоге изготавливаем дроссель на сердечнике КВ10 М2500НМС1 с прокладками 0,3 мм с 90 витками эмальпроводом с внешним диаметром 0,7 мм. Желательно залить клеем или лаком после изготовления.

4. Транзистор. Транзистор должен с запасом выдерживать максимальное входное напряжение 310 В. Выберем транзистор с максимальным напряжением сток-исток 500 В. Максимальный среднеквадратичный ток через транзистор Iout*sqrt(Vout/Vin) = 240 мА. Ток небольшой, его выдержит любой мощный полевик. Главный параметр для выбора – емкость или заряд затвора. Производитель микросхемы рекомендует заряд менее 25 нКл. Я взял IRF830A с максимальным зарядом затвора 24 нКл. Мощность, выделяющуюся на полевике, посчитать непросто, но радиатор явно не помешает.

5. Диод. Для диода те же требования по напряжению, что и для транзистора. Средний ток через диод Iout*(1 – Vout/Vin) = 680 мА. Выбираем SF28 600 В, 2 А. Падение напряжения на нем 1,5 В, значит будет выделяться мощность 1,5 В* 0,68 А = 1 Вт. Я решил использовать диод без радиатора. Для диода еще важным считается параметр время обратного восстановления, от него зависят потери на переключение, но расчет их довольно сложный и я его не проводил.

6. Входной конденсатор. Емкость выбирается исходя из условия, что минимальное напряжение после входного фильтра должно быть больше 2*Vout. В AN-H48 есть формула для расчета:

Для частоты 50 Гц, Vdc = 60 В и КПД 90% получаем С1>6,5 мкФ. Был выбран конденсатор 47 мкФ, 400 В исходя из габаритов и доступности. Параллельно установлен пленочный 0,47 мкФ 450 В для уменьшения ESR.
Замечание от sanmigel:
если внимательно почитать документацию на 9910 то можно увидеть что условие Vout<0.5 Vin имеет значение для режима с постоянной частотой, в этом режиме при коэффициенте заполнения более 0,5 лезут гармоники, поэтому для их снижения рекомендуют его ограничить в 0,5. 9961 работает в режиме констант офф тайм, в таком режиме коэффициент заполнения для 9961 может быть до 0,75 (для 9910 до 0,8). Дока

Окончательная схема:

Схема в пдф
Кратко об остальных элементах схемы:
F1 – предохранитель 2 А, может быть, лучше поставить на меньший ток. С1 – фильтр от помех в сеть, подсмотрено в демоплате Supertex, можно не устанавливать. DB104S – диодный мост 400 В, 1 А. RT1 – NTC термистор, он ограничивает ток при включении источника, подробнее можно почитать здесь. Термистор устанавливать не обязательно. C4 – выходная емкость для уменьшения высокочастотных выбросов на нагрузке. D2 – стабилитрон на 75 В, улучшает тепловой режим микросхемы HV9961. Можно считать, что HV9961 потребляет 2 мА, тогда на стабилитроне выделяется мощность 150 мВт, на микросхеме 600 мВт. P3 – джампер для отключения источника, включенное положение – средний контакт замкнут на питание. С6 обеспечивает мягкий старт, ставить не обязательно. С5 – блокировочнй конденсатор, ставить обязательно, емкость около 0,1 – 2,2 мкФ.

Печатная плата

Трассировка играет важную роль в работе импульсных преобразователей, поэтому печать делалась на основе платы производителя.
Получилась двухсторонняя плата 95 х 55 мм, при желании можно верхнюю сторону сделать двумя перемычками.

Плата в пдф под ЛУТ
Проект Altium Designer
Входной и выходной разъемы с шагом 3,96 мм, джампер с шагом 2,54 мм, подстроечник типа 3296W. Предусмотрено место для радиатора транзистора. Используется держатель для предохранителей 5*20. Конденсатор С2 имеет размер 16*25 мм. Конденсатор C1 тип B32922-A2104-K, конденсаторы С3 и С4 – тип B43828A9476M000.

После сборки:




Плату можно использовать и для HV9910B, но надо будет пересчитать резисторы для плавной регулировки тока, чтобы напряжение на выводе LD было 0-250 мВ и токозадающие резисторы исходя из напряжения 250 мВ на них. Еще одно отличие – резисторами будет устанавливаться пиковый ток, а не средний.

Результаты тестирования.

Схема была подключена к сети 220, в качестве нагрузки были использованы 10 белых светодиодов Cree XR-E, ток был установлен на уровне 840 мА.
Ток (желт., 200 мА/дел) и напряжение (син., 100 В/дел) на входе:

Пиковый ток потребления около 400 мА.

Напряжение на истоке транзистора:


Напряжение на затворе:


Напряжение на стоке:


Ток (желт., 455 мА/дел) и напряжение (син., 10 В/дел) на выходе:

Средний ток около 850 мА, среднее напряжение около 36 В. В данном случае, в выходное напряжение входит также падение напряжения на резисторе 2,2 Ом, который включался для измерения тока.

Пульсации тока (желт., 45,5 мА/дел) и напряжения (син., 500 мВ/дел) на выходе:

Пульсации тока менее 140 мА, т.е. 16%.

Оценка КПД. У меня нет true RMS мультиметра, поэтому точность измерения входного тока под вопросом. Действующее значение входного тока 141 мА, входного напряжения 227 В, входная мощность 32 Вт. Средний выходной ток 840 мА, выходное напряжение 33,5 В, выходная мощность 28 Вт. Получается КПД 87,5%.

Температурный режим. При комнатной температуре 23 С радиатор транзистора разогревается до 67 С, остальные элементы схемы нагреваются меньше. Лучше поставить радиатор побольше.

Я постарался подробно описать процесс расчета схемы импульсного преобразователя, надеюсь, эта информация поможет читателю в его разработках.
Схемы других источников тока для светодиодов можно посмотреть в теме на форуме easyelectronics.ru.
Критикуйте и задавайте вопросы, пожалуйста! :)

Литература.
[1] Б. Ю. Семенов — Силовая электроника для любителей и профессионалов.
[2] А. Кузнецов – Трансформаторы и дроссели для импульсных источников питания members.kern.com.au/users/akouz/chokes.html
[3] А. Евстифеев — Практический опыт применения микросхемы Supertex HV9910 www.kit-e.ru/assets/files/pdf/2009_12_78.pdf

Комментарии (115)

RSS свернуть / развернуть
За основу берем стандартную схему включения:
Картинка не грузится. 404.
+1
спасибо, сейчас исправлю
0
сколько мощности выделяется на токозадающих резисторах: 824 Ма*272 мВ = 224 мВт, на каждом резисторе 75 мВт

ошибочка закралась, несущественная:
сколько мощности выделяется на токозадающих резисторах: 824 Ма*272 мВ = 224 мВт, на каждом резисторе 75 мВт

тут не мВт, а мкВт будут
0
Мне кажется, ошибки нет: 0,824 А * 0,272 В = 0,224 Вт. 224 милиВатт.
0
гм… пардон, провтыкал(
0
формулы-картинки в 1 и 3 пункте видны?
0
Да
0
Блок с подобными характеристиками в ЧИП-НН стоит 420р. Самодельный сильно дешевле обошелся?
0
Мой дороже, но не намного. Скажите модель блока, пожалуйста.
0
LPC-20-700
Я правда подробно не смотрел — может он чем-то и хуже вашего.
+1
Сейчас в продаже есть много источников для светодиов, скорее всего по соотношению цена-качество они выиграют у самодельного. Мне было просто интересно собрать источник самому.
Кроме Meanwell еще распространены источники AIMTEC www.aimtec.com/index.aspx?a=Product.List&ConverterTypeId=10. Мне они по характеристикам больше нравятся.
0
Еще есть мнение, что источники от MeanWell не стабилизируют ток ledway.ru/post4185.html#p4185.
0
Неплохая статья.
А почему ток выбран 750мА? СИДы ж вроде на вчетверо больший ток. Да и рекомендуемый в даташите ток вдвое больше.
+1
  • avatar
  • Vga
  • 15 мая 2011, 19:20
Есть некоторые проблемы с отводом тепла от светодиодов, и эффективность в лм на Вт у них уменьшается. Возможно, потом поробую сделать источник на больший ток.
0
Покажите фото или видео, как светит этот десяток светодиодов по 750 мА.
0
Записал видео www.youtube.com/watch?v=Jx37Pn7T9mM
Правда по нему можно сделать вывод только о скорости реакции фотоаппарата :) Нормальное фото освещенности сейчас не могу сделать. Могу только сказать что данной линейки светодиодов вполне хватает для освещения санузла или небольшого коридора.
0
Линейка одних из самых эффективных светодиодов, питаемая ~22 ваттами — всего лишь для небольшого коридора?
Хм. Хотя да. У меня такой мощности источник освещает 8 кв.м. Сравнимо.
0
Забыл сказать, что речь идет о XR-E, XM-L у меня сейчас на руках нету. Хотя XR-E тоже довольно эффективные.
0
Ну они не сильно менее эффективны. Лучшие бины — выше 100 лм/Вт. Правда, запитанный на 350мА XM-L до 160 ЕМНИП дает) Дорогие они только, на малых токах гонять.
0
Транзистор, наверно, не самый лучший. И на радиаторе место сэкономить. Например, STD5NK50.

«true RMS»
А там нет на осциллографе возможности перемножения функций, интегрирования по времени? Или сбросить данные на комп и сделать это программно…
+1
Согласен, не самый лучший, зато доступный. STD5NK50 d-pack, он будет всю плату разогревать, как мне кажется, я решил что-нибудь в TO-220 взять.

Да, можно было это сделать на осциллографе, но когда я об этом подумал, я уже выпаял резистор, на котором измерял ток и мне стало лень ставить его обратно :) Думаю, результат не сильно отличается. Может попозже сделаю еще измерения.
0
весьма годные микрухи я скажу.но капризные.
если что не так расчитано могут запросто сорватся и нараспашку открыть полевик. Плюс, почему то микруха нехило греется, и чем выше частота тем сильнее.
сами супертехи кстати рекомендуют ставить туда свой же транзистор (ну еще бы)) DN2450.
ну и стоить подумать про 9967. по цене сравнимо с 9910 но стабилизация по среднему значению.
0
Коэффициент мощности получается менее 0,7, что для потребляемой мощности ~26 Вт недопустимо к использованию в осветительном оборудовании по ГОСТ Р
Этот проект сделан для себя или потенциально пойдет в какое-то изделие?
Думаю в продолжении темы актуально бы было обсудить «народные» версии расчета драйвера с активным ККМ, если у кого есть опыт
+1
Для себя, поэтому с ККМ не заморачивался. Расчет активного корректора есть у Семенова, например, на TOP202. Думаю, можно прямо цеплять выход корректора на драйвер светодиодов, исключая диодный мост и фильтр. Опыта у меня нет.
0
Емкость выбирается исходя из условия, что минимальное напряжение после входного фильтра должно быть больше 2*Vout.
если внимательно почитать документацию на 9910 то можно увидеть что условие Vout<0.5 Vin имеет значение для режима с постоянной частотой, в этом режиме при коэффициенте заполнения более 0,5 лезут гармоники, поэтому для их снижения рекомендуют его ограничить в 0,5. 9961 работает в режиме констант офф тайм, в таком режиме коэффициент заполнения для 9961 может быть до 0,75 (для 9910 до 0,8). Дока
0
Спасибо за замечание, добавил в статью. Вопрос немного не в тему: Вы не работали с HV9963? Я бьюсь уже больше месяца и не могу заставить ее работать.
0
1. а какое выходное напряжение можно выдавать таким преобразователем? я хочу цепочку из 30 диодов, 3Вт каждый, на цепочке будет около 100В. Вроде бы, сама микросхема — это просто драйвер, ключ внешний.

Я правильно мыслю, что нужно лишь дроссель с защитой от пробоя между витками применить?

2. питание на микросхему отдельное, верно?
+1
1. Нужно пересчитать всю схему.
2. Можно отдельное, у меня от 220 В через стабилитрон D2. Если прямо от 220, то греться будет сильнее.
0
т.е., VIN — это вход с диодного моста, а VDD — выход для питания обвеса? какой ток тянет? в доке что-то не совсем понятно по этому поводу.
0
По моим прикидкам 2 мА потребляет. Потребление будет зависеть от заряда затвора транзистора и частоты. См. стр. 6 документации на HV9961.
0
Вопрос автору (да и всем интересующимся). В даташите на эту МС сказано, что она может обеспечить ток на внешнем транзисторе «более чем 1 А». Какой все-таки предельный ток можно «выкачать» с неё? Всё наверное зависит от применяемого мощного мосфета и достаточности тока управления затвором на выходе gate. Этот ток ограничен.
Практически приходилось решать этот вопрос?
+1
Производитель микросхемы рекомендует брать транзисторы с зарядом затвора менее 25 нКл. Если больше, то можно использовать драйвер мосфета. Практически не решал.
0
Да, я в курсе. IRF740 не пытали?
0
не пытал
0
есть вроде IRFP серия, там заряд затвора меньше и сопротивление открытого меньше.
0
Да, к этому еще добавлется высокое допустимое напряжение, если применять в драйвере на 220 В. Прекрасно подходит STD5NM50, который в подобном случае установлен по апликухе.
0
Я что-то не пойму, почему номинал индуктивности обратно зависит от рабочего тока нагрузки. Кто-нибудь может на пальцах объяснить физический смысл?
+1
Чем больше рабочий ток, тем больше допустимые пульсации (часто берут dI=0,3*Iн). Для индуктивности известно уравнение V = L dI/dt. V не меняется, это напряжение приложенное к индуктивности, dt тоже не меняем, это время вкл (или выкл, в зависимости от того, какое V). Увеличиваем ток нагрузки -> увеличиваются пульсации dI -> уменьшается L.
+1
Cобираю схему, в статье ошибку нашел. Ты пишешь Rcs = Iled * 0.272 В. а должно быть Rcs = 0.272 В / Iled. А я под дня голову ломаю почему у меня не сходится :).
+1
спасибо, исправил
+1
ну там соответственно и резистор не 0.2 ом требовался тебе, а 0.36 :) что гораздо ближе к тому, что ты поставил
+1
исправил
+1
Собрал опытный образец. Сначала решил провести испытания на низком напряжении. Вместо стабилитрона ставлю перемычку. Rt ставлю 150к
Опорный резистор тока 0.28 Ом (соответствует току 0.97А), в качестве нагрузки лампа накаливания автомобильная 12в 21ватт. При токе 0.97А напряжение на ней 3.6в (помним что лампа накаливания не линейна). Источник напряжения 12в. Транзистор берем какой есть в магазинах. А ассортимент в нашей деревне весьма скудный. Пробую STP3NK60ZFP — греется дико. Радуюсь что не решил в 220 сразу втыкать.

Попытка номер два. Роюсь в запасах и достаю IRLU024N. Он всего до 50 вольт, зато в открытом состоянии сопротивление всего 0.06 Ом (против 3.3 у STP3NK60ZFP). Включаю — транзистор холодный. Буду ждать теперь STD5NM60 рекомендованные в апноуте. У него сопротивление 0.8, с ними должно быть хорошо. О результатах отпишусь.
+1
Все правильно, чем ниже напряжение источника питания, тем горячее транзистор. От сети бы нормально работало.
+1
В Вашем случае средний ток через тр-р около 0,55 А (=0,97 А * sqrt(3,6В/12В)), мощность потерь 1 Вт — совсем немного. Тут конечно не учтены потери на переключение, но все равно STP3NK60ZFP не должен дико грется. На 220 В он меньше бы грелся — средний ток через него меньше. В любом случае, для транзистора нужен радиатор.
0
дико = палец обжигает. оно у меня будет в закрытой люстре, потому лишний нагрев ни к чему.
порылся в хламе дома, отпаял www.datasheetcatalog.org/datasheet/fuji/2SK2645.pdf, он греется заметно меньше. буду продолжать опыты :) STD5NM60 уже через 1-2 дня приедут.

а катушку применил на 1000мкгн фабричную www.coilcraft.com/pdf_viewer/showpdf.cfm?f=pdf_store:do5022p.pdf если кому интересно.
+1
катушка у Вас по току впритык, может и насытиться
0
это я осознаю. ток в реальности будет меньше. щас экспериментирую с тем, что есть под рукой. как все опыты закончу — оформлю в статью. а в комментах «мыли вслух» чтоб не забыть и не упустить что-либо.
+1
Пробовал диоды UF4007 — греется весьма заметно. Заменил на MUR160 стал чуть теплый.
Замена транзистора на STD5NM60 сказалась весьма благоприятно, нагрев уменьшился до разумного. Продолжаю опыты.
0
Попробовать бы SEPIC, за светодиоды спокойней будет.
0
Насчёт стоимости, самопальный дешевле однозначно
пример: нужно запитать матрицу CXA2011 (на него пока самая адекватная цена)
кушает он 1А 48В==48вт
Найдите мне драйвер для этого светодиода за 80грн (это самая завышенная себистоимось драйвера :))
0
Сейчас попали мне в руки несколько AN9961 Ангстрем т.е. Многие про 9961 пишут что мол, эффективный стабилизируемый ток до 700 ма. С чем это связано? А если мне до 1,2 А с запасом? Строил себе подобное на 1033ЕУ16 (UC384*) Но трансформатор сложнее дросселя и ещё и ОУ в обвязке.
0
Если подключить её по схеме step up как в 9910 AN-H49, поставить шунт не в исток, а в цепь со светодиодами, то будет работать?
Посоветуете какой-нибудь доставабельный похожий драйвер?
0
А у меня вот такая беда. Собираю драйвер для светодиода 21А при напряжении питания 3,55В. Питаю схему от 12В(максимальный ток бп 12,9А) Время паузы у меня 15мксек. Индуктивность 9,5мкГ. Резистор Rt=368кОМ. Импульсы на затворе переменной скважности. И вероятно поэтому нарастание тока странное: Одна наклонная полностью вырастает, следующая за ней (как будто дроссель не размагнитился), потом мелкие наклонные, потом все повторяется. рисунок схематичный прилагаю.
0
0
ток я полностью достигаю(только токозадающие резисторы я поставил не 13мОм как по расчету, а 7мОМ) диод не мигает, ток стабилен.
0
очень сильно зависит от разводки платы. Если у вас 7мОм вместо 13, значит где-то еще прибавило 6мОм на дорожках.
0
Микросхема ждет 1мкс, перед тем как реагировать на сенсор. Эта задержка константна, и введена для того, чтобы пропустить переходной процесс. Причин того, что микруха уходит в защиту две: Первая — слишком малая индуктивность или короткое замыкание, или же переходной процесс не прекратился в течении 1мкс, и помехами выбивает микру в защиту. Здесь опять же очень сильно зависит от правильности разводки платы, от паразитных индуктивностей и емкостей.
0
если дроссель перемагничивается, значит его индуктивности не достаточно. Тут нужно исходить из принципа, что микросхема всегда включает транзистор МИНИМУМ на 1мкс. Если за это время дроссель уходит в насыщение — то микруха отлавливает чрезмерное увеличение тока и срабатывает внутренняя защита.
Причина такого поведения может быть и иная. Плохая разводка платы, приводящая к возникновению помех на входе компаратора.
0
а еще одна из причин — недостаточная пауза между импульсами. В общем, задачу нужно смотреть комплексно. Видимо, у вас как раз проблема с паузой, поскольку в защиту микруха уходит лишь со второго импульса.
0
в свое время боролся с минимальным нагревом транзюка и диода, выкладываю, что из этого получилось.
0
номиналы сенсорных резисторов не стоит принимать как данность. Там ток был что-то около 3А на диоде.
0
катушка такая массивная выбиралась для того, потому как этот девайс использовался для подсветки объектов, которые в свою очередь, снимались на скоростную камеру. В общем задача была — никаких мерцаний. Выходило разброс тока на светике был около 20-30мА. Плата стояла прохладная.
0
У меня проблема нагрева транзистора (STD5N52K). На ноге VDD у меня примерно 7.5В. Если верить допотопному осциллографу, то на затвор транзистора приходит тоже примерно столько же. Индуктивность считал под пульсации 5%. В чем может быть дело?
0
В смысле я понимаю, что недостаточно напряжения чтобы раскачать ключевой транзистор — поэтому и грееться. Собственно вопрос почему микросхема может выдавать пониженное напряжение.
0
7.5 В и должно быть. Какой ток через транзистор и как охлаждаете?
0
У меня нет осциллографа чтобы на токовых резисторах посмотреть. Предыдущий замер мне делали в сервисе за много денег :(. Расчетный ток через светодиоды 1.2А. Мультиметр намерил 1А (но может ошибаться, т.к. есть пульсации на выходе). Транзистор в корпусе DPAK, сидит брюхом на печатной плате. С обратной стороны ПП полигон. Пробовал этот полигон соединять с транзистором через переходные перемычки — не помогло особо.
0
Среднеквадратичный ток через транзистор примерно равен Iout*sqrt(Vout/Vin). Какие у Вас входные и выходные напряжения?
0
~220В (310В постоянного), выход примерно 20В. По вашей формуле среднеквадратичный ток 0.3А. Согласно даташиту, транзистор может переварить 4.4А максимум (500+Вольт). Даташит: www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/CD00260938.pdf
0
Да, греться не должен. Нужно смотреть осциллограммы. Выложите Вашу схему с реальными номиналами и печатную плату, может есть ошибки.
0
Печатная плата: yadi.sk/i/uY070vZro3VNY. В процессе эксперементов я обрезал одну дорожку и зменил ее перемычкой (зеленая)
Схема с реальными номиналами: yadi.sk/i/j3nxpkzNo3Vai
0
Не те картики отправил. Печатная плата: yadi.sk/i/e31ygoMoo3XEQ
схема: yadi.sk/i/uY070vZro3VNY
0
Сходу ошибок не вижу. Я бы убрал C4 или поставил R10 порядка 100 ом, тогда C4 можно сделать порядка 1 нФ. Но это не столь существенно. Не понял, что значит 3 мкФ над L1. Дроссель как мотали?
И еще, в чем конкретно проблема с нагревом? Транзистор со временем сгорает? Или он просто горячий? Какой-то теплоотвод все-таки нужен, посмотрите к примеру их демоплату HV9961DB1, там над транзистором запаян радиатор. Можно сделать аналогичный радиатор из медной фольги и припаять к стоку транзистора.
0
Про номинал дросселя я конечно ошибся. Там 3 mH. Было больше (5 mH), но я его перематывал и часть витков убрал. Дроссель намотан на каркасе RM14 из материала P3. Об этом материале очень мало информации. Только общее, что «это китайский аналог N87». Намотка плотно виток-к-витку. Между слоями мотал слой фум-ленты (так проще мотать следующий слой). Зазор из 8 слоев писчей бумаги с каждой стороны. Т.е. около 1.6 мм. После перемотки на 3mH катушка стала свистеть, что странно т.к. до этого намотка была вообще как попало и не очень плотно.

Я измерял температуру транзистора пирометром. Температура доползала до 100 градусов за 40 секунд примерно. Дальше я все выключал. Ждать сгорания я не стал, т.к. подозреваю что он за собой все светодиоды потянет. В качестве теплоотвода я паял кусок медного провода к стоку сечением 0.75 и длинной около 4 см. Это только увеличивает время прогрева до 100 градусов. До того как охлаждать я хочу понять почему транзистор вообще греется. Не хватает напряжения чтобы его полностью открыть? Может быть нужно какой то драйвер дополнительно ставить?
0
Попробовал сделать схему разряда затвора на биполярном транзисторе. Вроде бы греться стал медленее, но все не то. Последнее что сделал — сделал небольшой радиатор из медной фольги, припаял к истоку. Радиатор греется до 85-90 градусов. Кристалл до 120, т.е. на пределе. Драйвер работал около 3х минут и температура не достигла пика.
На ум приходит только замена транзистора на STD5NM50 (или STD5NM60) и попробовать поменять диод на другой или на несколько Шоттки. Имеет смысл делать такую замену?
0
Кстати, я убрал С4. Катушка стала свистеть заметно тише. Возможно флюс под ним не отмылся или сопля была. Плату еще раз промыл ацетоном. В общем без осциллографа идеи для научного тыка у меня кончились.
0
По расчетам драйвер должен работать на частоте 45кГц. Т.е. по идее я не должен слышать свист катушки, но он есть. Может быть проблема в этом кроется?
0
Свист может быть на какой-то кратной частоте, так что здесь не обязательно проблема. Попробуйте увеличить токовые резисторы и посмотреть как влияет выходной ток на нагрев транзистора. Диод не вижу смысла менять, если он не греется. Может быть есть насыщение дросселя и ток быстро возрастает так, что не успевает сработать ограничение тока. Надо бы посчитать пиковую магнитную индукцию… B = L*I/N/S = 3мкГн*1.5A/140/200мм^2 = 160 мкТл. Если я правильно прикинул, то конечно насыщаться не должен с большим запасом. У Вас там порядка 140 витков?
Можно в качестве эксперимента поставить два транзистора. В затворы отдельные резисторы от микросхемы и отдельные резсторы токовые с истока с расчетом на половинный ток на каждом транзисторе. Ток мерить только с одного транзистора. Стоки объединить.
Кстати, эксперименты над блоком питания лучше делать с резистивной эквивалентной нагрузкой, если жалко светодиоды.
0
Понизил частоту до 25кГц. Нагрев стал стабильный 70-80 градусов. Заметил:

— если увеличивать зазор без перемотки — то температура немного падает

— если к плате поднести ладонь, то мультиметр показывает существенные изменения тока (30-80%) на светодиодах. Мультиметр обычный. Возможно печатка плохо разведена и ловит помехи. Имеет ли смысл обратную сторону полностью делать землянной или будет только хуже?

— есть подозрение, что ферит сердечника совсем не аналог N87 и он насыщается. В наличии есть LC метр, можно как то померить параметры ферита? Ну и намотка с зазорами не совпадает с расчетной (считал программой Drossel2000). Сейчас зазоры по 1мм с каждой стороны, индуктивность 1.9, 100 витков проводом 0.71.

В схеме еще пообрезал длинные дорожки и заменил перемычками, увеличил в 2-3 раза емкости по питанию (керамика). Температура немного снизилась, но не значительно.

Ставить два транзистора паралельнно не пробовал — эта печатка не позволяет.
0
И по поводу свиста катушки. Это не однотонный свист. Больше похоже на гудение трансформаторной будки — как бы пульсирующий.
0
Я перечитал много форумов за последние дни про схемы на основе hv9961. Очень у многих греются силовые элементы. Более-менее схема работает на токах до 0.7А. Я буду полностью переделывать плату с учетом найденных косяков, перематывать дроссель и т.п. Подумываю о том, чтобы прикрутить еще внешний драйвер ключа для полного открывания/закрывания транзистора. Но что то не нашел м.с. которая бы работала от сетевого напряжения. Поиск в интернете тоже ничего не дал. Может быть не так спрашиваю. Подскажите какую м.с. можно использовать и как ее включать.
0
У этой микры драйвер затвора всего 0.165А выдает, при напряжении 7.5В. Неудивительно, что мощные транзисторы оно переключает слишком медленно.
Подскажите какую м.с. можно использовать и как ее включать.
Любой драйвер нижнего ключа, TC4420 например. Но придется позаботиться о его питании. Можно, в принципе, запитать от источника питания самой 9961, но там всего 7.5В, а для не-логических мосфетов лучше иметь питание драйвера в районе 15В.
0
А резистор + стабилитрон можно для питания использовать?
0
Можно, хотя и не слишком эффективно.
0
А какую альтернативу можете посоветовать? Брать 7.5В с самой микросхемы наверное бестолково, т.к. низкая токовая нагрузка, а во вторых надо как то до 10-15В увеличивать.
0
Драйверу много и не надо, на самом деле. Фактически он сожрет то, что перестанет жрать встроенный драйвер 9961-й. К тому же, нагрузочную способность микросхемы можно повысить, включив стабилитрон или резистор в цепь VIN.
И от 7.5В оно в принципе работать будет, надо только выбирать транзистор, который при этом напряжении уже хорошо открывается. Но лучше все же больше.
0
Посмотри на Viper12A как пример источника вторичного питания. Возможно это поможет решить проблему.
0
При потребности в несколько миллиампер — не слишком ли оверкильное решение?
0
В том с чем я работаю с них контроллер и драйвер и иногда буфер включены.
Я первую со стола схватил и написал что в этом модуле стоит.
Есть ещё пример от нашего НПО автоматики. нам другая МС, но принцип тот-же.
Хотя их решение более глючное. Я сейчас не могу найти куда дел труп от них… видимо выкинул…
0
транзистор может сильно греться из-за диода, к нему подключенного. Выше на картинке смотрите мою схему.

В момент открывания на транзисторе выделяется большая мощность, так как диод VD13 по сути открыт током катушки и его емкость разряжена, и транзюку очень тяжко заряжать емкость диода VD13. Для этого существуют снабберы, причем такие, что без потерь. Снаббер состоит из L7, VD14, R29, R30. В момент, когда транзистор открывается, катушка L7 не дает току иссякнуть через диод VD13 и поддерживает его открытым какое-то время. Как раз то время, пока транзистор откроется. Ситуация такая: Транзистор открывается — а ток в этот момент через него не течет. Круто же? диод VD14 и резисторы R29 R30 нужны в самый первый момент, когда транзистор закроется. Через них потечет ток катушки, пока L7 закоротит их разогнавшись.

Итак, с диодом разобрались. Теперь нужно разобраться с самим транзистором. Транзистор не только плохо открывается, но и закрывается (еще хуже). Для этого есть снаббер без потерь VD15, VD16, VD17, C59, C60, L8. Итак, катушечка у нас разогнана и транзистор нужно бы закрыть. Мы его начинаем закрывать, и ток теперь побежит не по закрывающемуся транзистору — а по цепочке VD16, C60, заряжая С60. Ура! Но теперь заряд C60 нужно куда-то слить! Дождемся, когда транзистор снова откроется! И теперь плавно через VD17 L8 зарядим С59! Получилось! Что теперь с зарядом С9 делать? А ничего. Теперь когда транзистор снова закроется — этот заряд снова стечет к источнику питания через диод VD15! Как говорится, в коня корм. C8, R27 — просто снаббер, чтобы катушечка L8 не свистела много. В принципе, их можно не ставить, это уже я добивался «идела».
0
Каков принцип выбора диодов для снаббера? На схеме он отличается от основного.
0
И зачем нужен L6, C58? Можно ли вместо снаббера на закрытие поставить pnp для быстрого разряда затвора или это менее эффективно?
Я когда моделировал этот контур в MicroCap, у меня были большие выбросы только при открытии транзистора. И мощность значительная именно в эти моменты выделялась. Также при раскачке транзистора от 8 вольт (от идеального источника) средняя мощность на транзисторе выделялась примерно в два раза больше, чем при раскачке от 12В. Именно поэтому думаю о дополнительном драйвере для раскачки ключа. Но все упирается в питание. Линейные стабилизаторы при токе хотя бы 10мА будут как утюг..
Есть драйвер IR2101 на 600В по входу… и на два ключа, я не соображу как его подключить только на один ключ правильно.
0
L6 — это основная катушка. C58 — стоит параллельно светодиоду. Сглаживание то бишь.
диоды для снаббера — ultrafast. Те, у которые быстро открываются. uf4007 в принципе хорошо работает, но тот что на схеме — лучше. Да и вообще, мне нравится компоненты ST. Не по названию, а по факту. У них параметры лучше чем у широкоизвестных.
0
Развел заново печатную плату, укоротил все дорожки. Одну сторону сделал полностью земляной. Диод SF28 заменил на высоковольтный диод Шоттки. Все силовые элементы едва теплые. Пирометр показывает 40-45 градусов. Проверял подключая галогеновые лампы вместо с.диодов.

А вот картинки на осциллографе совсем не радуют. Если быть точнее я в полном недоумении. По сравнению с тем, что в статье — у меня полная кака. Для примера на токовых резисторах:


На G-S:


На цепочке из галогеновых ламп:


На выходе диодного моста бывают всплески затухающих колебаний. Причем достаточно часто эти «пакеты» проскакивают… К сожалению картинку забыл сохранить. Что еще можно/нужно померить для того чтобы понять откуда это все?

ЗЫ: есть вероятность, что я как то не так меряю. Осциллограф Rigol DS1102E, щупы 1:100. Подключен через разделительный трансформатор. Крокодил от щупа на минус схемы, а щупом соответсвенно в нужную точку. Фиолетовый график получен вычитанием каналов (щупы на коннекторе для подключения с.диодов).
0
Это измерительная проблема. Чтобы получить красивые картинки нужно уменьшать петлю щупа. Для этого оключите крокодил щупа, возьмите из набора землю-пружинку или сделайте сами если ее нет. Выглядит так: Прислоняйте это пружинку к ближайшей к точке измерения силовой земле. На шунте все равно будет выброс при переключении транзистора, но он будет короче и с меньшей амплитудой. Для того чтобы схема не реагировала на выброс после шунта ставят RC фильтр или/и в микросхеме встраивают т.н. leading edge blanking, т.е. откючают токовый компаратор на некоторое время после переключения.
По поводу фиолетового сигнала, вычитанием врядли получится увидеть реальный сигнал. Обычно измеряют сигнал на затворе относительно земли и пренебрегают падением на шунте. Раз используете трансформатор, то Вы можете померить затвор-исток напрямую, если интересно.
Еще полезно включить ограничение частоты в осциллографе, 20 МГц для блока питания достаточно.
Вообще проблема измерений в блоках питания не такая простая, как кажется на первый взгляд и увидеть «реальный» сигнал не всегда возможно. К счастью, это обычно не нужно.
0
Пробовал мерять с пружинкой — результат чуть по лучше, но только чуть чуть. И тут я доглядел, что у Вас выход VDD шунтируется конденсатором 2.2u, а у меня 0.1u. Впаял в параллель 10u и картинки на затворе, диоде и т.п. стали гораздо ровнее. Какой то переходный процесс есть, особенно в начале переключения, но он быстро затухает.
На затворе даже стало видно ступеньку (эффект Миллера?).

А вот ток на лампочках померять не могу. Последовательно впаял резистор 0.1Ом/5Вт. На нем «пилы» нет вообще. Видно только выбросы (если им верить ток скачет до 10А). При замере на всей цепочке лампочек:

Поближе:

Выбросы возникают в момент включения/выключения. Возможно это результат паразитной емкости (у меня обратная сторона платы вся залита медью) между сигнальными линиями и землей. Как ее компенсировать не знаю. От безнадежности впаял конденсатор 10u параллельно лампочкам. Выбросы стали меньше, пила исчезла. Но и напряжение подросло. Что может негативно сказаться на светодиодах. Сейчас на цепочке из лампочек как то так получилось:

Вопрос в том почему могут быть выбросы и что делать? Если нужны еще измерения — выложу больше картинок.
0
Конденсатор параллельно нагрузке нужен. Почему напряжение на выходе изменилось не совсем понятно. Возможно, у Вас уже время открытия близко к минимальной 1 мкс и схема не может дать меньший коэффициент заполнения и выходит из регулировки. При изменении входного питания на выходе меняется напряжение?
Хм, сейчас глянул картинки: было на выходе в среднем 13,8 стало 13,4. Не вижу особого изменения.
Ток на лампочках можно и не мерить, можно считать что лампочки это резисторы и по напряжению на выходе все видно.
0
Да, напряжение на выходе близко к минимальному — пары лампочек для цепочки не хватило :)
Про измерение тока — на лампочках может и не надо мерять. А при подключении светодиодов все же хотелось бы быть уверенным что ток не выходит за допустимые границы. Где то на просторах сети читал, что на токовом резисторе измерить ток осциллографом нельзя. Показывает расколбас вместо реального сигнала. Может быть сопротивление надо больше брать?

Ну и выбросы на выходе до конца не исчезли. Это из за земляного полигона на обратной стороне? Что с ними можно сделать?
0
Сопротивление шунта конечно лучше брать больше. Главное, чтобы он по мощности тянул.
На мой взгляд, с выбросами можно ничего не делать. Светодиодам от наносекундных импульсов ничего не будет.
И полосу все-таки загрубите на осциллографе. Bandwidth limit 25 MHz или как-то так.
0
Конструктивно у меня драйвер из двух плат — выпрямитель с конденсаторами и сама плата драйвера. И вот «додумался» посмотреть на выход диодного моста и конденсаторов и случайно покрутил развертку не в ту сторону. Измерения с «закрытым» входом:


А это поближе выбросы:


На первой картинке огибающая с частотой 50Гц. не понимаю откуда она берется после диодного то моста. Ну и выбросы напрямую в цепи питания не могу понять откуда — там же достаточно емкие конденсаторы, которые должны гасить такую каку. Скорее всего эти выбросы пролазят и на выход. Т.е. шунт для измерения токе не виноват.

Кстати, еще раз померял выходной ток с помощью шунта. Получается 1160мА, а выбросы (которые видно в предыдущем посте) доходят до 6А…
0
В общем разобрался:
1. Безобразие с питанием удалось решить установкой 0.1u керамики на ПП драйвера в месте подпайки проводов от выпрямителя.
2. Колебания на выходе поборол тем, что срезал земляной полигон под токозадающими резисторами и под дорогами силового контура.

Ток на шунте померять не получилось нормально. При замере на всей цепочке лампочек иголки длинной 10-30ns по прежнему есть, но их амплитуда не более 3% от выходного напряжения. Думаю на них забить.
Дальше именно этот экземпляр мучать не буду. Всем огромное спасибо за помощь!
+1
вообще по причине того, что в момент пуска транзюка имеются неслабые выбросы — микросхемка игнорирует показание сигнала CS около 1 мкс. Собственно, эти выбросы — и есть то самое ограничение, почему нельзя заставить микруху работать шустрее.
0
Еще: Настоятельно рекомендую поставить защитный диод параллельно нагрузке. Если что-то пойдет не так, то он спасет ваши лампочки от выгорания
0
Спасибо! На ПП место для такого диода есть. Но пока тестирую на лампочках — его не впаивал. Т.к. напряжение отличается от того, что будет со светодиодами.
0
В общем из опыта работы с силовой осветительной электроникой скажу следующее:
1. Предохранитель можно поставить типа ВП-14 — с ножками под пайку — как у резистора.
2. Номинал предохранителя особой роли не играет — он сгорает последним. Самовосстановливающиеся предохранители тут тоже не нужны. Сгоревший предохранитель чаще следствие а не причина.
3. Рабочая температура полевика в 67С при комнатной температуре — фатальная ошибка.
Во первых ток транзистора нормируется при 25С и в даташите есть график его зависимости от температуры — он может сильно опечалить, во вторых изделие будет работать в корпусе и скорее всего внешняя температура может легко быть и до 40С даже в бытовых условиях.
4. Расположение транзистора лучше сделать с краю. Так можно будет использовать металлические элементы корпуса для отвода тепла. А при необходимости и от корпуса отводить тепло.

За статью спасибо.
0
Сгоревший предохранитель чаще следствие а не причина.
Я пару раз сталкивался с обратным. Но это действительно редкость и обычно показывает, что предохранитель выбран недостаточного номинала.
3. Рабочая температура полевика в 67С при комнатной температуре — фатальная ошибка.
Я бы так не сказал, температура транзистора под сотню при полной нагрузке — не редкость. Особенно в корпусах с плохим отводом тепла — таких как ноутбучные бруски или смартфонные кубики.
Так можно будет использовать металлические элементы корпуса для отвода тепла.
От корпуса еще изолировать надо, а теплопроводность у прокладок не ахти. Так что отодвинутый от корпуса неизолированный радиатор может быть и эффективнее (при грамотном расположении с точки зрения воздушных потоков — вот оно, кстати, у автора неудачное) и безопаснее. Хотя транзисторы нередко и от радиатора изолируют из соображений подавления помех (иначе радиатор превратится в антенну, на стоке как правило импульсы с аплитудой 300-500В и резкими фронтами)
0
Если там большая температура то надо и транзистор с огромным запасом по току брать.
И с большой рассеиваемой мощностью. У меня была партия изделий где сборщики решили сэкономить и поставили транзисторы в полностью пластиковых корпусах а не металло-пластиковых. В результате изделия стали гореть при повышении внешней температуры. И пошли массовые рекламации и замены транзисторов на такие же но в другом корпусе.
Тут много граблей раскидано и лучше делать теплоотвод чем потом бороться с его отсутствием, хотя это и не всегда возможно… например, если Т воздуха 85С и изделие герметично и без вентилятора.
0
В связи с покупкой производителя микры микрочипом ссылки на аппноты и даташиты протухли.
0
  • avatar
  • Vga
  • 08 февраля 2016, 11:56
У меня вот такой вопрос: Кто баловался с защитными диодами? Втыкал ли кто их в генератор МИП? Есть какая-то информация о сгоревших, не выдержавших элементов? Например, если на 4кВ соединить smaj36a?
0
Что такое МИП?
0
Микросекундные импульсные помехи большой мощности
0
а кто подскажет готовые драйверы для 50-100вт светодиодов со входом регулировки яркости, но чтобы пульсаций не было
0
Столкнулся с интересной задачкой. Нужно запитать линейку из последовательно соединенных светодиодов. 50 штук, 160 В, 35 мА. Посчитал индуктивность и получилось больше 80 мГн. Максимум что смог найти это 33 мГн, другие не продают. Подключил 33 мГн, но работает это хреново. Пищит где-то на 10 кГц, хотя по расчетам частота точно больше 20 кГц. Я так понял это защита срабатывает? В даташите вычитал про режим Hiccup. Это и есть его работа? Что посоветуете?
0
Намотай сам. Ну и на самый крайний случай можно соединить несколько дросселей последовательно.
0
  • avatar
  • Vga
  • 09 сентября 2016, 02:52
Увеличил частоту и оставил 33 мГн. Теперь работает нормально. Пульсации наверно очень большие, но глазом это не заметно.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.