Схема/схема блока питания светодиодов

В данный момент я работаю над проектом, который включает в себя управление несколькими светодиодными интерфейсами. Всего у меня 16 светодиодных интерфейсов, каждый интерфейс имеет два входа 5V. Один вход для сильноточных драйверов светодиодов и один вход для цифровой логики. Я разделил питание логики и нагрузки из-за колебаний потребления тока драйверами светодиодов (TLC5940). Интерфейсы имеют общую землю, однако я спроектировал их таким образом, чтобы земля драйвера светодиода и логическая земля соединялись вместе только в одной точке на разъеме питания. Все остальные светодиодные драйверы и логические земли отделены друг от друга. Драйверы светодиодов от каждого светодиодного интерфейса потребляют около 1 А каждый.

Теперь я не уверен, как мне обеспечить все эти интерфейсы. В настоящее время я думаю об этом. У меня есть четыре интерфейса, которые сгруппированы вместе (так что у меня есть 4 группы), которые я называю «юнитами». Все сильноточные драйверы светодиодов каждого блока питаются от одного регулируемого источника питания 5 В/7 А. Все логические стороны светодиодных блоков питаются от одного источника питания 5В/10А. См. изображение для справки. Может ли кто-нибудь сказать мне, является ли эта установка (включая разделение сильноточных драйверов светодиодов и логических компонентов) хорошей идеей? Избегаю ли я с этой настройкой сильноточных контуров заземления? Если у кого-то есть какие-либо советы или рекомендации, я рад их услышать! Спасибо за все ваше время!

На изображении с левой стороны устройства показаны сильноточные драйверы светодиодов, заземление которых отделено от логических компонентов с правой стороны. Обе земли встречаются на общем контакте заземления источника питания интерфейса. Самый правильный БП питает все логические компоненты. И драйверы светодиодов, и логические компоненты питаются от блока питания 5 В.

РЕДАКТИРОВАТЬ:Итак, как упомянул @Dave в комментариях, дизайн на первом изображении вообще не является хорошим решением. Мой первый дизайн выглядел примерно так, как на картинке ниже. Если я прав, у меня не будет никаких контуров заземления между интерфейсами/блоком основного процессора, поскольку заземление соединено вместе на источнике питания (я могу назвать это заземлением звезды, верно?). С этой настройкой меня беспокоят только (возможные) падения напряжения на шине 5 В. Поскольку нагрузка может сильно варьироваться, например, если включаются все светодиоды, потребляемый ток увеличивается примерно на 16 А. Конечно, я развязал TLC5940 от каждого интерфейса с помощью нескольких больших конденсаторов. Кроме того, я забыл упомянуть, что логика питается от регулятора 3V3 (LDO), который подключен к шине 5V светодиодного интерфейса. Однако я' Меня все еще беспокоит возможное падение напряжения на шине 5 В, когда светодиодные интерфейсы управляют всеми светодиодами. Будет ли на практике работать подобная установка с одним большим импульсным источником питания? Или я прошу проблем с такой настройкой? Спасибо за отзыв!

введите описание изображения здесь

Я вижу 5 потенциальных источников контуров заземления. Больше блоков питания означает больше возможностей контура заземления. Вы говорите об использовании нескольких блоков питания для распределения потенциала земли, чтобы вы могли быть ленивыми и не использовать звездную землю для сильноточных возвратов земли? Заземление звездой не останавливает контуры заземления. Контур заземления не характерен для источников питания высокой мощности (только в источниках с плохой изоляцией, честно говоря, в наши дни нет причин не иметь полной гальванической развязки). Или вы имеете в виду плохую компоновку, в которой питание и земля образуют индукционную петлю? Что тоже решается правильной компоновкой.
@ Дэйв, я добавил некоторую информацию в свой исходный пост.

Ответы (2)

Хорошо, теперь у меня достаточно информации для ответа. Проще говоря, чем меньше у вас источников питания, тем лучше. Лучше иметь один источник питания, который может справиться с самыми высокими потребностями в токе, чем иметь два источника питания, один для логики, а другой для светодиодов. Единственный раз, когда это не так, это когда два источника питания соединены внутри. IE-у вас есть блок питания, который может обеспечить как 15А при 5В, так и 800мА при 3,3В. Чем меньше деталей, тем лучше, к тому же прокладка кабелей переменного тока ко всем источникам питания была бы ужасной с точки зрения безопасности.

Да, это звездная площадка. Да, это именно то, как вы это делаете, хотя, если честно, заземление звездой не помогает цифровым схемам, заземление лучше поглощает шум переключения от транзисторов.

Другие мысли: если вам нужно, чтобы все светодиоды были включены только на несколько секунд или меньше, вы могли бы обойтись более низким током источника питания и буферировать необходимый ток с помощью конденсаторов. Пример: у вас есть 3 светодиода по 10 Вт (для простоты). Если они когда-либо одновременно, они всегда включены только на 2 секунды вместе, прежде чем один из них выключится. У вас не может быть падения напряжения линии 5 В ниже 4,7 В до того, как что-то взорвется (для простоты, а не на самом деле). Вы могли бы потенциально буферизовать потребляемый ток, добавив конденсатор 1334F (нереалистично). Вы получаете это из E = 0,5 * C * (V ^ 2), где V - изменениев напряжении, которое вы можете принять, c - это емкость, а e - энергия, которую мы получили от 3 * 10 Вт за 2 секунды (3 * 10 * 2 = 60 Дж). Это просто мысленное упражнение, я не знаю твоего времени. Но, если концепция работает так, что вы можете буферизовать потребляемый ток с помощью конденсатора, вы выбираете источник питания в зависимости от того, как быстро вам нужно перезарядить этот конденсатор, а не от того, какое мгновенное потребление тока у вас есть.

Генри Отт убедил меня, что один сплошной заземляющий слой по всей печатной плате лучше, чем его разделение, если только у вас нет аналого-цифрового преобразователя с разрешением более 14 бит или вы не делаете что-то экзотическое, например, преднамеренно изготовление радиочастотной антенны или других радиочастотных компонентов из материала печатной платы. «Разделение и компоновка печатной платы со смешанными сигналами» ; «Заземление печатных плат со смешанными сигналами» ; «Общие советы по предотвращению шума» ; " След, пересекающий расщепленную силовую плоскость "; и т. д.

Вас также может заинтересовать часто задаваемый вопрос «Подача питания на печатную плату со смешанными сигналами» , в котором упоминается

распространенное заблуждение, что все токи аналоговых и цифровых сигналов возвращаются к источнику питания.

Это именно то, чего вы хотите избежать.

В правильно спроектированной и размещенной плате все сигнальные и переходные токи ограничены печатной платой. Блок питания подает на платы только постоянный ток. Затем все сигнальные и переходные токи подаются от развязывающих конденсаторов на печатной плате и протекают по небольшим петлям, ограниченным платой. В противном случае возникают серьезные проблемы с электромагнитной совместимостью и целостностью сигнала.

Марк Дефоссе, на с. 23 его «Примечаний по применению решений D-PHY» , имеет хороший спектр типичных частот, наблюдаемых на печатных платах, и соответствующую стратегию развязки для каждой полосы частот. (Спасибо за ссылку, Дэйв).

Звучит как забавный проект. Удачи!

Вариант без ферритового соединителя между заземлениями не обсуждался, почему? Также нет ссылки на то, какие частоты лучше всего шунтируются какими формами емкости (и, следовательно, когда использовать такие вещи, как звезда или плоскость заземления). xilinx.com/support/documentation/application_notes/… (стр. 23)
Генри Отт убедил меня, что твердое металлическое соединение между заземлениями лучше, чем конденсатор или ферритовый соединитель между заземлениями. Вот почему я не обсуждал этот (худший?) вариант. Эта заметка о приложении Xilinx выглядит полезной. Если я читаю стр. 21 правильно, кажется, что нужно всегда использовать плоскости питания и земли, никогда не использовать соединения звездой для питания или земли. Там есть хорошие советы по разводке платы с ПЛИС, подключенной к маломощной дифференциальной цифровой шине 800 Мбит/с. Я не уверен, насколько это полезно для мощных светодиодных драйверов TLC5940, работающих на частоте не более 30 МГц и, вероятно, ниже.
Это примечание также относится к цифровым логическим схемам, в которых транзисторы фактически используют заземляющий слой, а теория линий передачи требует наличия слоя питания. Звездное заземление — это абсолютно лучшая идея в определенных приложениях (например, разъем батареи на одном конце и наличие четырех мощных цепей, выходящих наружу на плате). Я ссылаюсь только на этот документ, так как это единственный документ, который я когда-либо находил, который ссылается на стратегии развязки для большей части используемого спектра.
@Dave: Спасибо за ссылку. Похоже, вы ищете информацию на тему «Когда мне следует использовать наземную плоскость, а когда лучше наземную?». Я думаю, вы должны опубликовать это как новый новый вопрос верхнего уровня, где он привлечет лучшие ответы, чем он был бы похоронен в комментариях с мелким шрифтом.