светодиодные драйверы

[Телекот]

Резистор не стабилизирует ток, а напряжение на затворе слабо меняется из за большой крутизны проходной характеристики и большого выходного сопротивления полевика.

Если поставить резистор то ток изменился бы не на 3%, на 200-300%.
Я подобные схемы не раз делал, правда для одного светика. Взамен китайскому драйверу в фонариках и показали они себя хорошо.
Спору нет ваша схема обеспечит стабильность тока до долей процента, вопрос в другом зачем нужна такая стабильность тока.

[a5021]

Крутизна тут ни при чем. Если взять меньший мастштаб отображения, то видно, что напряжение на затворе действительно меняется. Только меняется оно с амплитудой около 1.5 милливольта. т никакой крутизны полевика не хватит. А что еще хуже, напряжение меняется синфазно с напряжением источника. То есть, регулятор словно пытается чуть-чуть приоткрыть полевик еще, чтобы ток в цепи светодиодов вырос дополнительно.



Синий график -- напряжение источника, красный -- напряжение на затворе, зеленый -- ток в цепи светодиодов.

К слову сказать, драйвер с операционником подает напряжение на затвор в противофазе с изменениями напряжения на источнике. Амплитуда, правда, тоже не велика, но какое-никакое регулирование схема все же осуществляет.



При одинаковых источниках питающего напряжения, ток через светодиоды в схеме с биполярами меняется примерно на 4ма, в схеме с операционником на 0.3ма. Вроде бы и ерунда, разница только в десять раз, но пока не соображу, как смоделировать ситуацию, когда с нагревом светодиоды начнут жрать больше. Не получится там, что биполярная схема на это не отреагирует?

[Телекот]

При одинаковых источниках питающего напряжения, ток через светодиоды в схеме с биполярами меняется примерно на 4ма, в схеме с операционником на 0.3ма.

Я уже писал что

Спору нет ваша схема обеспечит стабильность тока до долей процента, вопрос в другом зачем нужна такая стабильность тока.

Тем боле что изменение тока на 10% нельзя обнаружить визуально, а 3% как у меня тем более.
в моей схеме ток стабилизирует сам полевик за счёт большого выходного сопротивления в активном режиме, а схема на бипорярниках компенсирует изменения тока из за температуры полевика. Если температуру полевика сделать стабильной или компенсировать дрейф то от биполарников можно избавится совсем, и от измерительного резистора тоже. Так работает токовое зеркало на полевых транзисторах, но я его не проверял. Хотя если применить сборку из 2х полевиков можно упростить схему ещё и повысить КПД.

[Starichok51]

крутизна тут, как раз, при чем. и крутизна у полевика огромная.

А что еще хуже, напряжение меняется синфазно с напряжением источника.

а что ты хотел от простейшей схемы, без усилителя ошибки на операционнике?

регулятор словно пытается чуть-чуть приоткрыть полевик еще, чтобы ток в цепи светодиодов вырос дополнительно.

все с точностью до наоборот.
регулятор не дает полевику до хрена открыться, а приоткрывает чуть-чуть, но это неизбежно для простейшей схемы.
вслед за Телекотом спрошу у тебя - зачем нужна такая стабильность тока (0,3 мА), которую обеспечивает схема с операционником?
я тоже считаю, что 4 мА - за глаза и за уши...

[a5021]

Тем боле что изменение тока на 10% нельзя обнаружить визуально, а 3% как у меня тем более.

Не поймите превратно, я не собираюсь тут спорить, доказывая какую-то свою правоту. Я, видимо, так неудачно озвучиваю свои наблюдения. 10% это действительно приемлемая величина.

в моей схеме ток стабилизирует сам полевик за счёт большого выходного сопротивления в активном режиме, а схема на бипорярниках компенсирует изменения тока из за температуры полевика.

Да, я это тоже уже обнаружил в своих "изысканиях". Если из схемы выбросить все, оставив только источник, светодиоды и полевик, а полевику подать на затвор "идеальные" 4.001 вольта от отдельного источника, то ток через светодиоды стабилизируется самым неожиданным (во всяком случае, для меня) образом.

Хотя если применить сборку из 2х полевиков можно упростить схему ещё и повысить КПД.

А как они должны быть включены? Чет не соображу никак.

вслед за Телекотом спрошу у тебя - зачем нужна такая стабильность тока (0,3 мА), которую обеспечивает схема с операционником?
я тоже считаю, что 4 мА - за глаза и за уши...

Не, я с вами согласен, что не очень то и нужна. Просто пока изучаю возможности и озвучиваю наблюдения. Может что-то не понимаю до конца. Будьте снисходительны.

[Телекот]

то ток через светодиоды стабилизируется самым неожиданным (во всяком случае, для меня) образом.

Это выходное сопротивление полевика в активном режиме, я и график выше приводил.

А как они должны быть включены? Чет не соображу никак.

Примерно так.

Но эту схему я не проверял и даже не симулировал. Недостаток этой схемы что температура кристаллов полевиков должна быть одинакова.
Могу предложить усовершенстыаную схему, благодоря добавлению одного транзистора ток через диоды уже практически неизменнный.

[a5021]

Все бы хорошо, но идеальный источник 10в придает схеме фантастические характеристики.

Парный полевик в качестве стабилизатора затвора у меня не пошел. Вернее, пойти то он пошел, но разброс тока в цепи светодиодов стал измеряться десятками миллиампер. Даже схема на биполярах лучше держала. Сейчас вместо второго полевика прикручиваю TL431 для создания точного смещения затвора, вроде получается довольно красиво. Закончу, отчитаюсь.

[Телекот]

Можно даже не старатся всё будет в пустую, второй полевик нужен для компенсации температурной зависимости полекика. А у полевика и 431 она разная.
Да вот не на идеальном источнике. В принципе если поиграть номиналоми можно по илеи сделать даже отрицательную зависимость.

Спойлер

[a5021]

Я сейчас попробовал промоделировать, как деградируют параметры в зависимости от температуры, так все схемы в этом плане не безупречны. Чем больше нагрев, тем выше сопротивление канала мосфета, а стало быть, больше потери. С другой стороны, чем сильнее нагрев, тем меньше ток и в какой-то точке должно наступить равновесие.

Теперь немного о том, насколько канал мосфета самостоятельно справляется со стабилизацией тока в цепи светодиодов без какого-либо внешнего вмешательства. Вот схема, основная часть которой это подача стабильного смещения на затвор мосфета.

Спойлер

Напряжение на источнике питания изменяется по синусоиде с периодом 1 сек. в пределах от 18 до 26 вольт. Вот как изменяются электрические величины в ключевых точках схемы:

Спойлер

Синяя линия -- напряжение источника, красная -- напряжение на затворе, зеленая -- ток через светодиоды.

Таким образом, при изменении питающего напряжения на 8 вольт, ток на нагрузке изменяется максимум на 0.13 миллиампер. Я, честным делом, воспринимаю столь глубокую стабилизацию с тенью сомнений, но данные моделирования выдают именно такие величины.

Для сравнения, такой ток потечет через светодиоды, если вместо мосфета просто поставить токоограничивающий резистор:

Спойлер

Тут уже разница между минимальным и максимальным значением тока составляет 428 миллиампер.

Но вернемся обратно к регулирующим свойствам мосфета. Графики выше приведены для температуры 25 градусов Цельсия. С ростом температуры светодиоды начинают потреблять больше, источник на TL431 снижает напряжение смещения на затворе, а канал мосфета увеличивает сопротивление. Происходит полная разбалансировка стабилизатора и при температуре 70 градусов графики будут выглядеть уже так:

Спойлер

Результаты моделирования показывают, что деградация параметров начинается сразу же с началом роста температуры. Данное обстоятельство исключает возможность эксплуатации схемы вне условий термостатированной среды.

[setto]

Всем здраствуйте.
Купил 10 светодиодов 5шт ARPL-10W-6000K и 5шт ARPL-10W-3500K (9-11v. 1A)
Хочу у себя в мастерской собрать мощный светильник.Посоветуйте схему хорошего мощного драйвера под эти светодиоды.
Можно ли применить вот эти схемы?Если да,то какие дороботки надо сделать.

Вариант Е.rar

(13.06 КБ) 231 скачивание

U,I 358-3843.rar

(8.92 КБ) 164 скачивания

[Телекот]

Результаты моделирования показывают, что деградация параметров начинается сразу же с началом роста температуры.

Можно даже не старатся всё будет в пустую, второй полевик нужен для компенсации температурной зависимости полекика. А у полевика и 431 она разная.

То что я и ожидал.

[a5021]

Все верно. Вы затронули тему температурных нюансов, что я посчитал должным изучить отдельно. Подтвердилось, что это весьма важный аспект, который необходимо учитывать при разработке драйвера. Растет не только сопротивление канала, но и ток потребления светодиодов и, похоже, падение напряжения на них так же увеличивается. Для обеспечения протекания через светодиоды тока требуемой величины необходимо, чтобы напряжение источника питания выбиралось, так сказать, с температурным запасом. На графике видно, как в случае недостаточного напряжения, регулятор (что на биполярах, что на операционнике) безуспешно пытается компенсировать падение тока задирая потенциал на затворе.



В этом смысле было бы весьма кстати, если бы этим "задиром" можно было воздействовать на источник напряжения с тем, чтобы он увеличил потенциал. Такая идея с регулируемым источником напряжения для драйвера не нова, но как ее скрестить с обсуждаемыми здесь драйверами, я пока не соображу.

У некоторых производителей электронных компонентов есть апноуты, где описывается подход к созданию драйвера, который состоит из нескольких частей. Как минимум, обычно, это линейный стабилизатор (на вроде тех, что мы сейчас обсуждаем) и импульсный преобразователь (повышающий или понижающий) напряжения для запитки этого стабилизатора. Я тоже планирую обратиться к такой схеме, но на данный момент не до конца понимаю, как организовать выдачу нужного напряжения с преобразователя по управляющему воздействию стабилизатора.

[Телекот]

но на данный момент не до конца понимаю, как организовать выдачу нужного напряжения с преобразователя по управляющему воздействию стабилизатора.

Да всё очень просто. Если вы имеете возможность управлять выходным напряжением источника питание то дополнительный драйвер не нужен, пускай источник питания стабилизирует не напряжение а ток и всё.
Драйверы такого типа хорошо подходят для питания одного светодиода в фонариках, только транзисторы надо использовать с логическим управления. К примеру от старых материнок.

[a5021]

Это если требуется запитывать одну линейку светодиодов. Если их несколько или число может меняться, то лучше к каждой свой линейный драйвер прикрутить и общий преобразователь на всех.

[Телекот]

Если их несколько или число может меняться

Тогда вы не добьётесь максимального КПД от линейных драйверов, проще поставить уравнивающие резисторы.
А так один драйвер будет требовать повышения напряжения, а другой понижения.

[a5021]

Я исхожу из предположения, что худший сценарий (запрос на повышение напряжения) может случиться, но это не будет основным режимом работы. Вынужденная мера, чтобы избежать резкого снижения светимости. Существует надежда, что правильно организовав охлаждение, повышение напряжения будет требоваться исключительно редко, на случай, скажем, непродолжительного повышения температуры окружающей среды и/или ухудшения возможностей охлаждения.

Запросы на повышение напряжения от драйверов объединяются на преобразователе по схеме "ИЛИ", т.е. если пришел запрос хотя бы от одного драйвера, то напряжение безусловно повышается и в таком состоянии преобразователь находится до тех пор, пока все запросы (если они есть) не будут сняты.

Уравнивающие резисторы или постоянная работа схемы в режиме худшего случая, это, безусловно, простой и надежный выход. Только слишком уж это прямолинейный и бесхитростный подход. Вся чехарда с управлением напряжением и затевается, чтобы попытаться привнести элементы разумности в работу устройства. Простые решения упрощают жизнь на этапе разработки/изготовления, но на этапе эксплуатации все выходит ровно наоборот. Сознательно (или бессознательно) закладывать повышенный нагрев туда, где вопрос охлаждения и так стоит достаточно остро, отдает каким-то инженерным авантюризмом.

[Телекот]

Простые схемы и в эксплуатации намного надёжней и долговечней. По мне пусть светильник на 5-10% будет больше брать чем будет в 3 раза сложнее схематично. Надёжность напрямую зависит от количества деталей и надо выбирать компромисс.

[a5021]

Простые схемы и в эксплуатации намного надёжней и долговечней. По мне пусть светильник на 5-10% будет больше брать чем будет в 3 раза сложнее схематично.

Так он и греться будет пропорционально избыточному энергопотреблению. Если для иных приложений это может быть вопрос не высокой значимости, то для светодиодов, наоборот. Меня, честно говоря, КПД здесь интересует не в той степени, как тепловой режим. Но раз эти вопросы взаимосвязаны, то вывод напрашивается сам собой.

Надёжность напрямую зависит от количества деталей и надо выбирать компромисс.

Детали можно считать по разному. Четыре операционника в одном корпусе это большее число деталей, чем четыре транзистора россыпью?

[Starichok51]

4 операционника в одном корпусе надежнее, чем четыре транзистора россыпью...

[a5021]

Вот и я тоже так думаю. Есть такой чип TSM104i, где в одном корпусе не только четыре операционника, но еще и аналог TL431 вдобавок. Во времена Пентиум 3-4 они активно применялись в схемах формирования питания материнских плат и как-то так получилось, что у меня их образовался определенный запас. Данный чип прекрасно будет выглядеть, как основная часть драйвера на четыре канала, в основе которого может лежать вариант схемы, которая публиковалась в данной ветке ранее. Позволю себе ее "перепечатать" еще раз:



R1, R2, R7, R8, R9, C1 выбрасываем, как компоненты, не влияющие критическим образом на функционирование схемы.

Считаем число деталей для драйвера четырех линеек:

R4, R5, R6 -- 3 резистора, отвечающие за формирование опорного напряжения. Общая часть любого количества каналов.

Токовый датчик R3 и мосфет для каждого канала свои, т.ч. их нужно по четыре штуки каждого, т.е. 8 элементов.

Всего, получается, схема будет состоять из 12 компонентов (3 + 8 + tsm104i). При этом она содержит меньше деталей и обещает лучшие параметры, чем минималистская схема на биполярах + полевик. Вот такая арфиметика недежности.