Jump to content
ELFORUM - Forumul electronistilor
addysoftware

Sursa SMPS-CC LED 45W & up to 180W.

Recommended Posts

Salutare colegi.

 

La indemnul d-lui Dxxx, deschid acest thread pentru a va prezenta o sursa in comutatie pentru alimentarea LED-urilor de tip COB.

 

Sursa a fost dezvoltata in urma cu cca 4 ani, derivand-o dintr-o sursa flyback obisnuita (CV) realizata in jurul integratului UC3842 (o sursa fiabila pe care o tot fac de vreo zece ani incoace in diverse versiuni de puteri si tensiuni.) prin adaptarea unui circuit suplimentar pe care o sa-l numim controller specific LED, ale carui functii sunt: dimmer, constant-current, fan control, thermal protect.

 

Asadar acest topic va avea doua sectiuni: partea de putere si partea de control LED, care vor fi disecate separat.

 

E adevarat ca sursele flyback nu exceleaza prin randament, dar pe masura ce a trecut timpul am imbunatatit anumite aspecte, desi, desigur, se mai poate. Am cochetat chiar cu niste solutii exotice, care din pacate sunt insa riscante dpdv al fiabilitatii asa ca nu am continuat pe aceasta directie. La timpul potrivit insa am sa prezint si aceasta varianta.

 

post-175714-0-40690300-1490921149_thumb.gif

 

Transformatorul:

Se bobineaza primarul splitat in doua parti, pentru micsorarea inductantei de scapari.

Miezul folosit este E30/7.3 K2006, cu carcasa corespunzatoare SP-E 30/7, de la Comet. Respectarea miezului si a intrefierului este foarte importanta pentru rezultate identice.

 

  1. Primarul partea intai: Se dau aproximativ 50-55 spire cu fir de 4x0,2mm CuEm rasucit normal (adica nu exagerat); mai precis cat incap exact pe doua straturi, fara a fi inghesuite.
    Se noteaza cate spire s-au dat.

Izolatia se poate face cu hartie, trei straturi de hartie subtire de reclama sau un strat de hartie de caiet. De preferat se va impregna cu ulei de transformator sau ulei siliconic (mai usor de gasit)

  1. Secundarul. Se bobineaza 25 spire cu fir rasucit din 8 fire CuEm 0.2mm, pe doua straturi, cca 13 spire pe strat, cu margine lasata la inceput si sfarsit cca 1.5-2mm.

Izolatie

  1. Infasurarea bias; 9 spire
  2. Infasurarea ventilator: 6 spire

Izolatie

  1. Primarul, partea a doua. Se bobineaza pana se ating exact 90 spire (numaratoarea de la cat s-a terminat primarul 1A). (1 strat si ceva)

Se va avea mare grija la pastrarea unei distante corespunzatoare intre firele de iesire ale diferitelor infasurari si alte bobinaje, pentru a asigura o rigiditate dielectrica (capabilitatea de a nu se strapunge electric la diferente de tensiune) cat mai mare. In caz de necesitate se pot introduce varnisuri sau foite de hartie suplimentare pentru separare.

 

Intrefier: realizat prin lipirea cu aracet a cate unui cartonas de fix 0,500 mm grosime pe bratele E-urilor, deci nu se pileste miezul pe bratul central.

Link to comment
Share on other sites

Multumesc Addy, pentru mutarea discutiei aici (in consecinta sterg postarea initiala, ca sa las threadul respectiv curat).

 

Ma bucur ca exista realizari consistente, si ar fi bine sa discutam astfel de montaje decat sa tot insistam pe ABC si sa tot repetam ca ledului ii dai curent constant...

 

Este laudabila o stfel de constructie, dar ar mai fi cateva note:

- nu este pentru incepatori

- atentie ca sunt tensiuni periculoase

- daca sunteti sensibili la randament multe din metodele de executie, dar si din materialele folosite sunt critice

- fiind vorba de tensiune alternativa defazajele care intervin fac dificila masurarea cu acuratete a randamentului in conditiile de dotare de amator, deci pe partea asta am retineri.

 

Mai ar fi si comentarii directe, fara sa fie rautacioase, doar ca sugestii de dezvoltare:

- orice sursa SMPS-CC de anumita pretentie are si circuit PFC

- tensiunea de iesire: din multe motive legate de comoditatea punerii in practica / de precizia controlului curent / de costuri, este preferabila folosirea pe iesire de retele de COB/LED cablate in serie, deci curent mic si tensiune mare. Deocamdata nu stim care este tensiunea in secundar...

 

In plus ceea ce mi se pare de maxima importanta este costul realizarii, din cate vad folosesti miez de calitate, presupun ca are un anumit cost, evident ca si componentele active si condensatorii de filtraj care nu pot fi recuperari sau puse la intamlplare.

Link to comment
Share on other sites

Frumoasa ideea de prezentare a acestei surse ; ar fii totusi bine de stiut valorile inductantelor din primar , secundar cat si cea de leakage , in functie de astea se mai poate sau nu creste randamentul ; sunt curios cum ai ajuns la cele 90 spire in primar.

Salut. Pe vremea cand am facut prima data aceste surse, in jurul lui 2005, nu le faceam prin calcul ci prin tatonari. Osciloscop, sarma subtire de bobinaj pt a nu irosi multifilara (taie-innadeste), rezistor serie cu primarul, urmarire forme de unda, si bineinteles stapanirea teoriei, ca nu se poate realiza o sursa in comutatie fara cunostinte cat-de-cat bune ref la modul ei optim de functionare. In timp am invatat mai multe si de cativa ani ma bazez pe calcule cam 80%, apoi insa tot practica - teste si tatonari - o aduce la perfectiune. In ultimii cativa ani deja iese din calcule si extrapolari foarte aproape de necesar, asa ca de obicei ajustez doar intrefierul... eventual o spira-doua...

 

As putea pune relatiile de calcul, dar e destul de greu.. pt ca se bazeaza si pe "bunul simt" la alegerea unor parametri, "bun simt" care nu e altceva decat rezultatul experientei.. Deci as putea spune ca:

 

- se alege frecventa de lucru. Cum? Cat mai mare pentru a avea miez mic si cupru putin, dar cat mai mica pt a reduce pierderile in comutatie in dioda, MOSFET, miez, cupru... Totul influenteaza. Practic am obtinut randamente bune pentru miezuri de mari dimensiuni (E42/15) si surse puternice, de 150-200W, in jurul frecventelor de 70kHz. Cu cat traful e mai mic si puterile mai mici, se pot folosi frecvente mai mari, cel putin pe linia de componente pe care am ales-o si lucrez eu.. Nu neg ca se poate si altfel, desigur; e doar o alegere, si cum e mai usor sa produci ceva urmand calea pe care o stii, am urmat aceasta linie de componente.

Pe trafuri mai mici, gen E30/11, se pot obtine usor puteri de cca 100W la 80-100kHz, poate chiar pana la 125-150W cu racire activa si la frecvente ceva mai mari

La aceasta sursa prezentata aici pentru 45W folosesc E30/7, un miez si mai mic, frecventa insa nu e foarte mare, cca 75-80kHz daca imi aduc bine aminte (ma uit pe placa si vad 10k + 2.2nF deci nu 15k cum e in schema.. in oscilatorul lui 3843) pentru ca nu a fost nevoie.

 

- Se ia ca regula generala de pornire faptul ca in primar se lucreaza cu aproape 300V in punctul cel mai de jos pe tensiunea filtrata si aprox 350V in punctul cel mai de sus rezonabil posibil (ptr ca 220V poate ajunge uneori si la 250V), iar secundarul trebuie sa reflecte in primar maxim jumatate din restul tensiunii la care rezista MOSFETul. Adica, de exemplu, consideram 350V pe bara de alimentare, folosim tranzistor de 600V, avem 250V ramasi... secundarul nu trebuie sa reflecte mai mult de 125-150V (pe palier deci in afara de ciocuri) catre primar.

 

trebuie sa ies, voi continua mai tarziu

 

Multumesc si lui Dxxx ptr oportunitate.. tre sa ies acum. Vout = 45V/1A, se vede in schema. La sursele de puteri mai mari am mers tot pe COB-uri in serie, deci tot un amper.

Edited by addysoftware
Link to comment
Share on other sites

Ai dreptate , sigur ai nevoie de experienta + teste+tatonari pentru a avea rezultate bune ; eu ma refeream la faptul ca atunci cand incepi sa faci o sursa pleci de la puterea de iesire necesara (tensiune si curent) , apoi fiind o sursa Flyback energia se stocheaza in miez (bobina) pe durata Ton , urmand a fii cedata sarcinii pe durata Toff ; deci in final daca este nevoie de o anumita putere de iesire atunci ai nevoie de o inductanta in primar care sa poata stoca aceasta energie pe durata Ton ; deci exista o legatura foarte stransa intre putere(energie) necesara -> inductanta primar -> frecventa (Ton) ; de asta eram curios ce inductante are traf-ul tau.

Link to comment
Share on other sites

Am revenit, pt scurt timp. Da, absolut. Am mai spus, trafurile "astea" (e vorba de sute de surse) le-am facut din aproape in aproape, cu ani in urma; acum desigur, stiu sa calculez, e foarte simplu, dar la vremea respectiva nu stiam.

 

Pe scurt, deci calcule aproximative:

sa zicem ca am nevoie de 45W output; ma gandesc la un randament slab, de 70%, asa ca inmagazinez in primar 45/0,7 =64W

Aleg frecventa, sa zicem 70kHz

Am spus mai sus cam care sunt cerintele pentru a lucra safe cu tranzistorul MOS; din acest punct de vedere imi rezulta un timp ON pe tranzistor fix de doua ori mai scurt decat cel de pe dioda; mai las si un timp egal cu cel de ON ca rezerva (nefolosit) deci am impartit theta la patru; theta la 70kHz este de 14,28us. rezulta un timp ON de incarcare de cca 3,5...maaaxim 4us (furand din rezerva) si un timp de descarcare de 7...8us.

Cunoscand puterea primara deci, 64W, avem o tensiune medie de 300V, deci un curent mediu de 0,21..0,22A

Curentul mediu trebuie inmagazinat pe un sfert din timpul total (tON=3,5us), deci se transforma in 4 x 0,22 = 0,88A

Cum unda e in forma de dinte de fierastrau, peak-ul in bobina si tranzistor este dublu adica 1,76A

Deci viteza de crestere este de 1,76A / 3,5us = 0,5A/us

Avem tensiunea pe bobina la crestere egala cu 300V, avem viteza de crestere, 0,5A/us
rezulta inductanta egal V/(dI/dt) = 300V/(0,5A/us) = 600uH


@Dxxx, Miezul e FOARTE ieftin, de obicei ma mira cum de carcasele ajung sa fie la fel de scumpe ca unu-doua E-uri de ferita !!!

Miezul plus carcasa pt acest traf este undeva la vreo 3,5 lei !!

La trafurile mari, desigur, e mai scump, E42/15 costa cam 10 lei daca-mi amintesc bine. Comet are preturi foarte bune la miezuri.


@Dxxx; Ref la masurarea randamentului, exista o metoda FOARTE simpla, dar ...cred ca aproape nimeni nu s-a gandit la ea.

Redresezi 220, filtrezi, bagi prin ampermetru+voltmetru in sursa ta, masori tens si curentul la iesire, aplici formula, gata. Ai grija insa sa ADAUGI vreo 2-4 wati pe rezistorul serie din sursa in formula de input, pentru ca disipa MULT mai mult in alternativ pulsatoriu decat in curent continuu. Daca se foloseste termistor insa, se poate adauga mai putin (1W de obicei)

Link to comment
Share on other sites

Adica incerci sa te duci tot pe curentul continuu, usor de masurat. Este adevarat ca primul etaj este redresare/filtrare deci obtii o tensiune relativ continua; relativ pentru ca filtrajul nu este ideal.

 

Din punct de vedere energetic sigur ai dreptate, indiferent cum si cat stocheaza condensatoarele de filtraj oricum energia nu are nici de unde sa apara nici unde sa dispara...

Poate pentru astfel de teste ar merita sa construiesti o sursa de CC/HV de 315V sau cati sunt dupa filtrarea tensiunii de retea redresata, dar o sursa mai stabila/complicata decat cea uzuala din SMPS, poate si stabilizata, incat sa faci o masuratoare in curent continuudestul de relevanta.

Link to comment
Share on other sites

Da, ceea ce spui tu referitor la calcule este valid doar daca se lucreaza in DCM unde curentul prin primar+tranzistor este mult mai mare decat in CCM , deci implicit pierderile sunt mai mari ; acum fiecare mod are avantajele lui , in DCM de exemplu este mult mai usor de realizat compensarea , raspunsul la tranzienti este mai rapid , bobina mai mica ,etc.

Link to comment
Share on other sites

@Dxxx. Absolut. Apoi, eu masor fie cu un instrument magnetoelectric, fie cu unul electronic'da'bunicel, verificat (nu e RMS dar masoara corect chiar daca exista riplu pe tensiunea continua. Nu am incredere in el in alternativ pt ca nu e trueRMS, dar e suficient de precis in continuu cu sau fara riplu.

 

La un moment dat, in urma cu vreo 7-8 ani, am facut altceva - nu pt randament, ci pentru teste. Deoarece sursele (cele din care am facut cantitati mari sunt de 110 si 165w la output 100v), consuma destul de mult (in general 130W si respectiv 200W) si ar fi trebuit sa le las in functiune zeci de minute in teste, am facut un "perpetum mobile" (glumesc, desigur). Un convertor care primeste 70-100V si regenereaza 310-xV (punctul de stabilizare in tensiune e mai sus, pentru a putea injecta in DC-ul redresat din retea), cu pierderi fireste; are pe el ampermetru, voltmetru, cu el testez sursele (cele care sunt cu iesire de 100V) cu un consum rezonabil din retea, 20-40W.

 

masterpic; Da, sursa e in discontinuu; dezavantajele le-ai zis tu deja, ca si avantajele.

Link to comment
Share on other sites

Controllerul specific LED pentru sursa de mai sus:

 

post-175714-0-11475000-1491417689_thumb.png

 

Acesta e realizat din 4 comparatoare clasice, in capsula LM339.

Trei dintre comparatoare realizeaza controlul ventilatorului si protectia LED-ului si a circuitului in caz de defectare a ventilatorului.

Ele compara tensiunea culeasa de pe un termistor si tensiunile obtinute pe trei puncte ale unui divizor rezistiv

  • U1 are ca sarcina pornirea ventilatorului la primul threshold de temperatura, la cca 35 grd pe radiatorul de aluminiu (s-a folosit un radiator de procesor Celeron fabricat de Spire, de cca 1,2oC pe watt fara ventilator pornit.). LED-ul se incalzeste moderat pana la cca 35oC la o putere de 12-15W pe acest radiator, nefiind necesara racire activa. La depasirea temperaturii U1 comuta si comanda tranzistorul Q1(BC327) prin R7, care are o valoare destul de mare deoarece nu este nevoie ca ventilatorul sa porneasca full-power; ulterior pentru a elimina dispersia mare de parametri am introdus reactia stabilizatoare cu DZ2,R18 si R17, care fac ca tensiunea pe ventilator sa fie relativ constanta de aprox 5V (la curentul extrem de mic prin zenner, tensiunea pe acesta e de cca 2,5-3V, insa circuitul per ansamblu functioneaza aproximativ ca un stabilizator de tensiune pe alimentarea ventilatorului). Ideea era sa fie asigurata o turatie mica care sa nu produca zgomot, dar nu FOARTE mica deoarece perturba luminozitatea LED_ului, fiind alimentate din aceeasi sursa.
  • U2 va intra in functiune cand temperatura LED-ului creste mai mult, si face astfel incat turatia ventilatorului sa creasca aproximativ proportional cu temperatura LED-ului datorita faptului ca functionarea grupului termistor/ventilator/U2, Q1, M, este foarte sensibila la variatia de temperatura, autoregland turatia astfel incat sa mentina temperatura constanta in jurul celui de-al doilea threshold.
  • Daca temperatura (din diverse cauze, printre care nefunctionarea corecta sau defectarea ventilatorului) creste mai mult decat cel de-al treilea threshold, U3 va intra in functiune, dand semnal de reducere a curentului prin LED catre cel de-al patrulea comparator, U4. Curentul se va reduce repede aproape de zero dar nu suficient de repede pentru a stinge complet lumina; dupa cateva secunde LED-ul va reveni la puterea la care poate functiona fara ventilator (cca 10-12W in conditii obisnuite)
  • U4 este montaj ca comparator intre o referinta, 0,1V, obtinuta pe R11 din tensiunea de 2,5V prin R10 si D1; avem acolo si o dioda inseriata (D1) pentru a putea asigura suntarea referintei cu ajutorul functionarii circuitului precedent U3, care trebuie sa puna la masa aceasta referinta de 0,1V, dar nu ar putea, datorita faptului ca intern este vorba de un tranzistor cu colectorul in gol, care nu ar putea scade la zero referinta. CE1 asigura imunitatea la perturbatii, iar R12 asigura imunitatea curentului prin led la supracrestere in caz de defectare a potentiometrului. C1/R14 taie oscilatiile. Intrarea Isense primeste o tensiune de 0....0.1V proportionala cu curentul prin LED, si pt 1A este culeasa pe un rezistor de 0,1 ohmi de tip metal-oxide.

Ventilatorul folosit este de 12V 0,15A, si in mod normal nu se aude, decat la folosirea la putere maxima (insa nu e prea zgomotos (as estima 31dB, de obicei racirea e suficienta la cca 8-9V pe ventilator si sistemul se autoregleaza in regimul acesta)

 

Link to comment
Share on other sites

Deci sesizezi curentul prin led si semnalul respectiv il trimiti la comparator care in sarcina are optocuplorul care inchide bucla cu primarul - sper ca asta este corect.

 

Comanda de acest tip este o comutare abrupta, si de obicei se poate traduce in zgomote propriu-zise in circuitele magnetice (sursa emite sunete) sau in paraziti suparatori pe radiofrecventa.

De asemenea este uzual un comportament recurent al comutarii (ca o oscilatie on/off in optocuplor)

Din cauza asta prefer variante la care curentul prin ledul din optocuplor creste progresiv (deci nu comutare brusca) ceea ce elimina problemele de mai sus, dar este mai dificil de realizat. Insa in functionare nu va comuta recurent ci va fi stabil in pozitia intermediara ca conductie, exact cea care este necesara.

Desigur ca totul depinde si de unde/cum actioneaza optocuplorul, sau daca exista buffer, adica de schema sursei in comutatie.

Link to comment
Share on other sites

Nu oscileaza, ansamblul functioneaza liniar. Exista in controller un grup serie R-C pe U4 care impiedica oscilatiile.


Grupul R14-C1

La conceperea shemei am incercat diverse variante, printre care si un electrolitic paralel cu intrarea otocuplorului; si alte condensatoare in diverse puncte; Pana la urma asta a fost varianta optima, C1+R14.

Edited by addysoftware
Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.



×
×
  • Create New...

Important Information

We have placed cookies on your device to help make this website better. You can adjust your cookie settings, otherwise we'll assume you're okay to continue.Terms of Use si Guidelines