Driver LED ideal - reconfigurari convertoare DC/DC

[Dxxx]

Intro

Multumesc colegului Mihai Cozac pentru ca m-a provocat la realizarea acestui thread, chiar daca pana am ajuns sa fac schemele aferente a trecut un bun interval de timp.

 

Premisa

De multe ori ajung la iritare cu cate un coleg incepator, incercand sa-l lamuresc ca un led se alimenteaza in curent constant si ca tensiunea Vf este nerelevanta ca discutie, ea fiind pur si simplu o consecinta a acelui curent constant plus a temperaturii jonctiunii.

Dar in ce spun mai jos apare un soi de neconcordanta...

 

Driver LED ideal

Driverul LED perfect nu este in curent constant.

 

Driverul LED perfect este in curent controlat, adica tot curentul prin led este cel urmarit, cu diferenta ca acesta este usor marit peste valoarea centrala cand jonctiunea este rece, revine la valoarea centrala la Tj normala, si scade (cu rol de protectie) daca se depaseste acea Tj.

 

Surpriza este ca un astfel de driver ideal, care "simte" temperatura jonctiunii nu este chiar atat de greu de realizat... sa vedem cum!

 

 

****

 

 

1. convertoare DC/DC in comutatie

 

Un convertor DC/DC converteste o tensiune in alta tensiune mai mica (buck) sau mai mare (boost) fata de tensiunea de intrare.

 

Tensiunea de iesire a convertorului este reglata la o valoare destul de precisa.

Acest lucru se realizeaza prin divizarea tensiunii de iesire, in asa fel incat la iesirea divizorului sa fie in permaneta 1,25V, asta pentru ca tensiunea de referinta a comparatorului respectiv este de 1,25V 

<Desigur ca 1,25V nu e singura tensiune de referinta utilizata, dar este cea uzuala. Sesizarea aceasta a tensiunii de iesire este exact la fel realizata si la convertoarele buck si la cele boost>

 

https://postimg.org/image/khd0vlpnv/

 

In schema intrarea notata FB (feed-back) este intrarea comparatorului.

Deci montajul va functiona in asa fel incat tensiunea pe intrarea FB sa fie exact 1,25V.

 

 

2. driver prin reconfigurarea schemei

 

Cu o mica schimbare, convertorul de mai sus poate fi modificat incat sa dea la iesire un curent constant, asa incat practic devine driver LED:

 

https://postimg.org/image/71q065h63/

 

- Rs este rezistenta de sesizare a curentului. Practic curentul va fi determinat de valoarea Rs, asta deoarece tensiunea pe aceasta rezistenta este constanta, egala cu 1,25V, asa ca din legea lui Ohm reiese direct valoarea curentului cand avem Rs / sau se poate calcula Rs daca avem deja stabilit un curent.

- cele doua leduri din sarcina semnifica ledurile folosite. Cu un driver buck poate sa fie un singur led, iar cu un driver boost se poate sa fie o catena mult mai lunga, spre exemplu la multe COBuri sunt 12 jonctiuni inseriate.

- de aici sesizam si o "problema": mai ales la catene cu putine jonctiuni, pe rezistenta Rs se va pierde relativ multa energie, scazand randamentul. In mod contrar, la 12 jonctiuni vom avea 35-40V deci pierderea a 1,25V va fi neglijabila.

 

 

3. imbunatatirea schemei

 

Daca atacam problema de mai sus ajungem la varianta urmatoare:

 

https://postimg.org/image/lyyh75uej/

 

- amplificatorul operational pur si simplu amplifica semnalul de pe Rs.

Daca amplificarea este x10 inseamna ca la intrare vor fi 125mV, insa cu componente uzuale se poate cobori tensiunea pe Rs chiar si sub 50mV... conditie in care pierderile devin neglijabile si daca sarcina driverului este un singur LED.

- montajul devine un pic mai complicat.

- in plus bucla de reglaj a tensiunii poate sa devina mai lenta datorita intarzierii pe OA.

 

 

4 pasul urmator, simplificare

 

Colegul Mihai Cozac a venit cu o varianta simplificata, care reduce si ea tensiunea pe Rs:

 

https://postimg.org/image/p77jxy623/

 

- in acesta varianta tensiunea pe Rs va fi Us = 1,25V minus tensiunea pe jonctiunea diodei. Daca este o jonctiune normala cu siliciu, sa zicem 0,7V. Deci pe Rs va cadea mai putin decat jumatate fata de situatia initiala, adica 0,55V.

- o astfel de varianta poate fi foarte usor realizata pe cablajul original al convertorului DC/DC: in loc de 2 rezistente in divizor vor fi necesare doua rezistente si o dioda.

 

 

*****

 

Oare am terminat discutia?

Pai nu, acum hai sa intram si in detalii termice, raportate la aceasta ultima schema:

 

1. tensiunea pe dioda introdusa intre FB si Rs va varia termic. Daca montajul se incalzeste tensiunea pe dioda scade (incalzirea respectiva este de asteptat pe timpul functionarii , dar poate fi indusa si simplu, de mediu).

Dar in partea stanga a diodei avem precis 1,25V (tensiunea de referinta este de asteptat sa fie termic compensata).

Rezultatul este ca va creste tensiunea pe Rs.

Adica curentul prin leduri va creste.

 

2. tensiunea Uout de la iesirea driverului (tensiunea pe Rs fiind neglijabila) este practic tensiunea pe catena de leduri.

Dar ledurile sunt si ele diode, deci pe masura incalzirii (si clar se vor incalzi oricat de mare/bun ar fi radiatorul) tensiunea pe ele va scadea.

Daca tensiunea Uout va scadea pe masura incalzirii, inseamna ca curentul prin dioda dintre FB si Rs va scadea.

Pe masura scaderii curentului si tensiunea pe respectiva dioda va scadea.

Dar in partea stanga a diodei avem precis 1,25V.

Rezultatul este ca va creste tensiunea pe Rs.

Adica curentul prin leduri va creste.

 

Deci pe masura incalzirii curentul prin leduri va creste - (si inca din doua motive; variatia este invers decat ce am enuntat la inceput).

Adica curentul nu este constant, dar variaza exact invers decat am fi dorit.

 

 

 

5 Solutie, principiu

 

https://postimg.org/image/s2kn4ta23/

 

- teniunea care scade pe masura incalzirii Uout de la iesirea driverului (adica tensiunea pe catena de leduri) este divizata si apoi amplificata/inversata se OA.

Rezultatul la iesirea OA va fi o tensiune care pe masura incalzirii ledurilor va creste, adica exact invers decat in cazul precedent.

Vom folosi aceasta tensiune ca sa o injectam in dioda introdusa intre FB si Rs - ba mai mult - inlocuim defapt acea dioda cu o rezistenta.

 

In acest mod cei doi factori de mai sus au devenit dupa cum urmeaza:

 

- tensiunea pe dioda nu mai variaza termic, pentru ca a fost inlocuita cu o rezistenta.

- curentul injectat in rezistenta respectiva nu va scadea pe masura incalzirii ledurilor, ci va creste pentru ca variatia a fost inversata.

 

Deci am obtinut curent controlat asa cum am dorit, pe masura incalzirii jonctiunilor curentul va scadea.

In plus, nici macar nu am folosit vreun senzor termic dedicat, am profitat pur si simplu de comportamentul LEDurilor.

 

Desigur ca schema de mai sus este doar principiala, o schema de executie fiind mai complexa, ca mai jos (unde mai multe rezistente ar trebui sa fie semireglabile)

 

https://postimg.org/image/403t9xtez/

 

 

 

[mihaicozac]

Dacă dioda din FB se montează pe radiatorul ledului avem o compensare a luminozităţii cu temperatura ambiantă, pt. că intensitatea luminoasă a ledului scade la creşterea temperaturii joncţiunii. Probabil urmărirea nu e perfectă, dar compensarea are loc într-o oarecare măsură.

[Dxxx]

Da Mihai, ai perfecta dreptate cu luminozitatea, pentru ca pe masura incalzirii ea scade deci ce propui va compensa crescand curentul.

Este evident vorba de schema din figura de la punctul 4.

 

Insa, daca preocuparea este mai curand sanatatea ledului, atunci pe masura incalzirii doresti scaderea curentului, nu cresterea lui - de unde si complicatia din ultima schema.

 

 

Probabil ca ambele variante au aplicatie:

 

- ai incarcare de putere mica, racire buna, deci rezerve mari - mergi pe schema 4, pui dioda in contact termic cu radiatorul ledului si ai compensat variatia de luminozitate. O vad interesanta in aplicatii pretentioase...

 

- ai rezerve mai mici - mergi pe schema ultima, si pe masura incalzirii curentul se reduce automat - insa luminozitatea va scadea si din incalzire si din scaderea curentului...

[lutza2]

In general toate produsele fabricate industrial au acest principiu de functionare si anume mentinerea luminozitatii constante la variatia temperaturii. De fapt nu sunt proiectantii care vor asa, ci standardele in vigoare impun asta, atat in europa cat si in america de nord.

[Dxxx]

Nu, in nici un caz.

Nimeni nu isi pune problema curentului controlat, pentru ca este o complicatie sa faci compensarea fie pozitiva fie negativa cu temperatura.

 

Alimentarile sunt in curent constant, in ideea ca daca curentul este constant ar fi si fluxul luminos la fel (ceea ce nu este chiar asa la masuratoiri de finete).

 

Bine ar fi daca producatorii ar respecta o toleranta rezonabila in cotatiile de flux luminos si randament, ceea ce sigur este reglementat legal, dar nu foarte usor de controlat si remediat.

 

Cum ar fi daca si cotatiile de speranta de viata ar fi cat de cat decente, nu zic reale ??? - vezi threadul cu becuri led Osram...

[lutza2]

Cum nimeni, daca o firma intreaga lucra la asa ceva?  

[Dxxx]

Lutza2

 

Daca ai date concrete spune-ne si noua, este interesant. 

Mie mi se pare hilar sa lucreze la astfel de detalii oarecum nesemnificative in timp ce piata geme de produse extrem de departe de parametrii declarati (flux, randament, speranta viata).

 

Plus ca variatiile termice de flux sunt undeva pe la 10%, iar analizorii biologici au sensibilitate logaritmica, adica ochiul cu greu va percepe o modificare de 10%, mai ales ca se produce relativ lent, ca orice fenomen corelat cu temperatura.

 

Fanelforum

 

Daca avem 3 posturi in care discutam ce tie nu ti se pare logic, (dar este), inseamna ca discutia posibil serioasa de aici aluneca in derizoriu, si asta este trollare.

Si ar merita sanctiuni...

Dar hai sa pastram buna dispozitie, am solutionat totul taind balastul ... sper ca nu se va repeta.