Мне нужно управлять светодиодом мощностью 3 Вт (прямое напряжение 12 В, прямой ток от 0,2 до 0,3 А) с использованием батарей NiMH (1,2 В, 2700 мАч). Поскольку напряжение питания должно превышать прямое напряжение светодиода, я думаю об использовании микросхемы LT1618, http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/1618fas.pdf для повышения напряжения.
Сначала я хотел бы знать, возможно ли это сделать на самом деле, и если да, то сколько таких нимб-батарей мне потребуется для такого устройства?
Да, это возможно.
Но это можно сделать проще, чем вы предлагаете.
Используя LT1618 вам нужно
2 ячейки NimH для соответствия минимальной спецификации Vin,
3 ячейки для соответствия максимальным характеристикам переключения и рабочего цикла и
4 ячейки были бы мудрыми и все же могут быть маргинальными с наихудшими характеристиками компонентов.
5 или 6 ячеек действительно необходимы, чтобы быть уверенным в правильном дизайне!
Конечно нет?
См. ниже.
При проектировании важно использовать наихудшие значения технических характеристик, чтобы компонент, соответствующий спецификациям, работал должным образом. Если проект является одноразовым, и вы готовы выбрать из партии ИС, вы можете использовать типичные для наилучшего случая значения, но это неразумно и может привести к проблемам с другими параметрами.
Примером здесь является номинальный ток внутреннего транзисторного ключа LT1618.
Это скорость при 1,5 / 2,1 / 2,8 А минимум/типовой/максимум. Во многих случаях вы можете обнаружить, что коммутатор будет приемлемо работать с 2,1 А, но НЕКОТОРЫЕ устройства могут иметь ограничение в 1,5 А и все еще быть «в спецификации», поэтому для проектирования следует использовать 1,5 А. Точно так же элементы NimH могут обеспечивать выходное напряжение примерно от 1 В до 1,3 В, поэтому должна быть возможна работа, скажем, с 4 элементами от 4 В до 5,2 В. На самом деле, полностью заряженный элемент NimH будет иметь напряжение около 1,35 В при первом использовании, а сразу после извлечения из зарядного устройства может приближаться к 1,4 В. Хотя выходное напряжение 1,4 В будет присутствовать только очень короткое время, это означает, что, например, 4 ячейки могут подавать ~= 5,6 В без нагрузки, а использование устройства, например, с верхним пределом 5 В, может привести к сбоям по причинам, которые не очевидны. Это не применимо здесь, но это то, о чем дизайнер должен знать.
[В качестве другого примера, новые щелочные элементы имеют потенциал около 1,65 В, поэтому 4-элементная щелочная батарея с номинальным напряжением 6 В может измерять 6,6 В на клеммах, когда она новая].
LT1618 заявлен как повышающий преобразователь постоянного напряжения и постоянного тока.
Для того, чтобы это было правдой, нагрузка должна принимать одно конкретное значение как
Rload = V_constant/I_constant.
На самом деле он реализует традиционный источник питания CV / CC, где выходное напряжение не превышает Vcv, когда I нагрузка меньше Icc, а Icc никогда не превышает Icc, так что выходное напряжение уменьшается, если необходимо, чтобы ограничить Iout до <= Мкк.
При управлении светодиодом обычно достаточно просто управлять Icc и позволить Vout принимать любое значение, необходимое для достижения этой цели. Если светодиод удалить или разомкнуть цепь, Vout предположительно будет возрастать бесконечно, и можно использовать простое управление вторичным напряжением, чтобы ограничить Vout до некоторого значения, несколько превышающего то, которое было бы достаточным для обеспечения Icc при предполагаемой нагрузке.
например, в вашем случае, если I_LED_desired составляет, скажем, 0,25 А, а VLED_nominal = 12 В при этом токе, то достаточно ограничить Vout до ~~= 15 В макс. без нагрузки, а ILED будет ограничен желаемым значением 0,25 А при подключении светодиода. «Желательно», чтобы любой выходной конденсатор, который заряжается до Vout max при удалении светодиода, не содержал достаточно энергии, чтобы повредить светодиод, когда он подключен, если конденсатор заряжен до Vout_max.
Использование LT1618 вполне приемлемо для этой цели, если желательно, с Vcv, установленным немного выше L_LED_max при целевом токе. LT1618 имеет рабочий диапазон Vin от 1,6 до 18 В. Ячейка NimH имеет полезное минимальное выходное напряжение около 1 В, так как 2 x 1 В > 1,8 В, теоретически достаточно 2 ячеек.
Максимальный предел тока переключателя IC составляет минимум 1,5 А.
Желаемая выходная мощность >= 12 В x 0,3 А = 3,6 Вт.
Входная мощность равна Pвых/эффективность,
скажем, использование 3,6 Вт/80% для запуска = 4,5 Вт.
Время включения/выключения ~= пропорционально 1/(Vin:Vout).
При 100% рабочем цикле минимальное питание 2 В может дать 1,5 А x 2 В = 3 Вт, поэтому 2 ячеек недостаточно.
3 элемента дают 3 В x 1,5 А = 4,5 Вт при 100% рабочем цикле.
При 3 В на входе, 12 В на выходе ton:toff переключателя = 12:3 при 100% эффективности = 12/15 = 80% рабочего цикла.
Максимальный рабочий цикл переключателя = 88% мин. (стр. 2), поэтому 3 ячейки достаточно, но несколько незначительно.
4 ячейки гарантируют, что переключатель находится в пределах предела рабочего цикла, пиковое значение Iin может находиться в пределах Iswitch_max, а эффективность будет выше при более высоком значении Vin.
Таким образом, хорошим выбором являются 4 элемента NimH с рабочим напряжением 4 x (от 1 В до 1,3 В) = 4 В - 5,2 В.
Так и с 4 ячейками NimH.
Vbatmin = 4В скажем.
VLED = макс. 12,5 В, скажем,
ILED_max желательно = 0,3 А.
Power_LED max = 12,5 x 0,3A = 3,75 Вт.
Эффективность сомнительна, но просмотр различных примеров схем и кривых эффективности показывает, что МОЖЕТ получиться 75% эффективности, и это выше является бонусом.
Используйте 75% для дизайна.
Vin = 4 В, Vout = 12 В (достаточно близко, чтобы цифры были четкими)
Vin эффективное для расчета рабочего цикла = Vin x КПД = 4 x 75% = 3 В.
Тон: Ограничение Toff = 12V:3V = 12/15 on = 80%.
Потребляемая мощность = выходная мощность/эффективность = 3,75 Вт / 75% = 5 Вт.
Iin = Pin/Vin/dc = 5 Вт/4 В /0,8 = 1,56 A
Ipeak с линейной рампой = 2 x Iavg = 3,12 A.
У нас есть (потенциальные) проблемы, если не настоящие.
Допущения для наихудшего случая объединяются, чтобы создать нагрузку, которая превышает ток переключения, если I_inductor падает до 0 в каждом цикле переключения.
Взгляд на фотографию осциллограммы в левом нижнем углу страницы 13 показывает, что преобразователь работал с I_inductor всегда значительно выше нуля в схеме, такой же, как и предполагалось.
Это будет работать? - Наверное, да, но это маргинально.
Предпочтительной была бы микросхема с несколько большими возможностями переключения и возможностью регулирования CC, НО LT1618 — хорошая микросхема, если она действительно удовлетворяет потребности. Уменьшение I_LED до 0,2 А и устройств, которые не попадают в спецификацию наихудшего случая, сделает его более безопасным.
ИЛИ использовать еще больше ячеек - возможно, 6.
кто бы мог подумать!
Э&ОЕ!
т.е. возможно я где-то допустил серьезную ошибку. Надеюсь нет. Укажите это, если у меня есть.
Рассел МакМахон