Здравствуйте! В одной из предыдущих статей я рассказывал о своём проекте фонарика на tiny13 со светодиодом на 1 Вт.
Появилась идея заменить в схеме транзисторный ключ с резистором светодиода на микросхему LED драйвера. CN5711 таковой и является. Выходной ток до 1,5 ампера. Напряжение питания от 2,8 до 6 вольт. Возможность управления ШИМ, частотой до 2 кГц.
Вывод СЕ (8) предназначен для управления драйвером, светодиод горит при наличии логической единице на этом пине. Следовательно, при управление микроконтроллером на этот вывод нужно подать ШИМ вместо VCC.
Резистором RISET задаётся выходной ток
I LED ＝ 1800V／R ISET
Например, если требуется ток 1 ампер, то
R ISET = 1800V/1A = 1.8kΩ
В моём случае используется светодиод на 1 ватт, нагружать его на полную не буду, чтобы избежать сильного нагрева, так как хорошего теплоотвода у светодиода нет. Выберу исходя из этого резистор на 7,5 кОм, следовательно ток будет около 240 мА. Опытном путём определил, что при токе светодиода близком к номинальному, падение напряжения на светодиоде составляет примерно 3,45 В, следовательно на светодиоде будет рассеиваться мощность 0,83 Вт. По аналогии можно выбрать резистор под любой светодиод.
Переработав предыдущую схему фонарика, получил:
Привычный уже tiny13, с минимальной обвязкой. Драйвер CN5711 с резистором. ШИМ сигнал поступает с PB0 микроконтроллера на СЕ драйвера. Мощный светодиод подключается через разъём J3 (решил на плате его не размещать, чтобы легче подогнать под корпус).
Красный светодиод LED1 предупреждает о низком уровне аккумулятора или батареек. Этот уровень задаётся потенциометром RP1. На разъём J2 соответственно приходит напряжение с аккумулятора / батареи для его контроля.
На J1 подаётся питание схемы.
Прошивка осталась от старого проекта. Все режимы соответственно остались прежние.
На первый взгляд преимущество обновлённой схемы очевидно. Драйвер всё время поддерживает заданный ток на светодиоде. Следовательно выходной ток не меняется от изменения сопротивления светодиода (с прогревом), а главное не зависит от напряжения питания в границах 2,8 - 6 В. Тут же появляется радостное предположение, что теперь схему можно питать напрямую от литиевого аккумулятора, например. Избавившись от повышающего DC/DC преобразователя. Ведь tiny13а спокойно работает от трёх вольт.
При более детальном разборе становится очевидно, что не всё так хорошо. CN5711 – линейный драйвер. На её входе напряжение должно быть всегда больше, чем сумма напряжения падения на светодиоде и падения напряжения на самой микросхеме. Так как микросхема чисто китайская, то и даташит у неё достаточно хитрый. Так они нормируют минимальное падение напряжение на микросхеме: 0,33 В, то есть измеренное в идеальных лабораторных условиях, а в реале оно может быть больше, и рекомендуется выбирать напряжение питания хотя бы на 1 вольт больше напряжения светодиода. Типа вообще 0,33В, но, если у вас будет чуть больше 1В, мы не виноваты.
Напряжение одноваттного светодиода больше 3х вольт, в моём случае 3,45В. Следовательно в идеале нужно обеспечить напряжение питания 4,5 вольт. Поэтому питание напрямую от аккумулятора не совсем однозначное решение. Эксперименты на без паечной макетной плате результатов не дали из-за больших падений напряжений на контактах. Решил создать печатную плату и провести замеры.
Разработал однослойную плату в Easyeda, перенёс на текстолит методом ЛУТ.
Размеры получились 37 на 25 миллиметров.
Разъёмы конечно же не ставил, в плату провода мне удобнее запаивать. Провёл опробование и замеры. Кнопку нужно запаять со стороны дорожек, иначе её высоту будет перекрывать потенциометр.
Работает нормально. Подключил лабораторный источник питания и мультиметр, снял значения зависимости тока светодиода от напряжения питания. Ток при номинальном питание составил 250 мА, вместо расчётного 240 мА, в пределах погрешности. Зависимость выходного тока от напряжения питания:
5 В – 250 мА; 4,5 В – 250 мА; 4 В – 250 мА; 3,5 В – 160 мА; 3 В – 40 мА.
В целом результат ожидаем.
Заключение:
Если питать устройство от 3х батареек, то смело можно подключаться напрямую к батарейкам. Если же питаться от литиевого аккумулятора, то лучше оставить повышающий модуль. Если же хочется питать от аккумулятора на прямую, то придётся смириться с падением яркости светодиода, походу разряда аккумулятора ниже 4 В, или же применить вместо CN5711 импульсный драйвер светодиода, например: FP6161, MT3404, PAM2803, что конечно же усложнит схему, но позволит вытягивать нужный ток из низкого напряжения питания.
В случае питания платы через повышайку J2 подключается к аккумулятору для контроля питания, а в случае питания напрямую от батареек J2 нужно соединить с VCC, для этого на J1 предусмотрен свободный пин. Резистор R3 можно уменьшить до 6,8 кОм, тогда ток будет 265 мА, что тоже вполне допустимо. После сборки нужно настроить порог срабатывания индикации низкого уровня заряда, для этого потребуется лабораторный источник питания.
При прошивке микроконтроллера фьюзы установить "по умолчанию".
В прикреплённом архиве содержатся: прошивка (hex), исходный код для Atmelstudio 6.2, а также отзеркаленная печатная плата в PDF, и сборочный чертёж.
Спасибо за внимание.