Pompaggio di alcuni ampere per 100 µsec

Vorrei pompare 4-5 A a un LED ad alta potenza per 100 µs. Il mio sistema ha solo una batteria da 3,3 V e questo evento ad alta potenza da 100 µs si svolge una volta ogni 10 secondi.

Qual è il modo migliore per farlo senza sconvolgere le batterie?

La risposta qui sotto è molto buona. Tuttavia, sto cercando uno schema che posso usare e testare.

Requisiti più precisi:

• Batteria: agli ioni di litio
• Corrente 5 A
• Durata dell'impulso: 100 µs
• Tempo di aumento dell'impulso <100 ns
• Tempo minimo tra impulsi 10 ms
• Gli impulsi sono controllati con un GPIO 3.3 VI / O da un controller
• La caduta di tensione attraverso il LED è di 3,5 V. Idealmente mi piace essere in grado di metterne tre o più in serie (caduta di tensione di 10,5 V)
• Scheda tecnica per il LED

Domanda bonus

Se hai una raccomandazione LED migliore con un ampio angolo che si trova nella gamma invisibile, per favore fatemelo sapere.

Ho implementato questo progetto e funziona bene tranne la corrente di dispersione. Non importa quello che ho provato, non riuscivo a liberarmi della perdita. Ho provato alcuni tipi di opamp per aggiungere una resistenza pull down all'uscita dell'opamp, ecc. Finisco per spegnere l'opamp per tagliare la perdita. Funziona, ma non è molto pulito. Sarei felice di sapere cosa ne pensano gli esperti della situazione.

Questo è il modo più efficiente che posso pensare di farlo. C'è una pompa di carica MAX1682 per darti 6,6 v al super condensatore. Il duplicatore di tensione è piuttosto efficiente, probabilmente più del 90%, ma non può fornire grandi correnti. Ma qual è la corrente media?

5A * 100us / 10s = 0,05mA.

Questo rientra nelle specifiche 45mA del MAX1682.

Da una breve occhiata al foglio dati, non sono riuscito a vedere alcun motivo per cui non avrebbe funzionato con un condensatore così grande per C2.

Grazie a Russell McMahon per i consigli sull'efficienza della pompa di carica. Sembra che una soluzione basata su induttore sarebbe più efficiente, ma richiederebbe più componenti. Dai un'occhiata a qualcosa come MAX17067 . Ciò ha anche il vantaggio di poter produrre la tensione più elevata richiesta da tre LED in serie. Lo aggiungerò allo schema stasera.

Ora la parte importante. Noterai che non esiste un resistore limitatore di corrente. L'attuale limitazione sarà eseguita dall'MCU in un pericoloso stile ad anello aperto. Dovrai farlo bene con calcoli o prove ed errori (o entrambi).

Fornendo PWM al gate di Q2, sarete in grado di utilizzare l'induttore come un efficiente limitatore di corrente. Ma non otterrai una corrente molto affidabile in questo modo. Potrebbe non avere molta importanza, fintanto che 1) viene fornita una potenza sufficiente al led in 100us e 2) il limite di corrente del LED non viene violato.

Ecco una simulazione che ho fatto in Altium. Ho usato un induttore 5uH (non i 10mH mostrati nello schema). E ho fornito a PWM 12us in tempo e 3us in orario al gate. Non ho usato il condensatore da 100uF, ma solo una fonte di tensione fissa. Quindi potresti aspettarti un po 'di caduta.

Il rosso è la corrente in ampere e il blu è il segnale PWM. Puoi vedere che ti avvicini a 5A entro 20us, e poi rimani abbastanza vicino ad esso.

Se si desidera una migliore regolazione della corrente, è possibile aggiungere un resistore di rilevamento e utilizzarlo per inviare nuovamente al MOSFET.

Qui abbiamo un resistore di rilevamento corrente da 0,5 ohm. A 5A, questo dovrebbe darci 2,5 v per l'input negativo del comparatore. Questo viene confrontato con il valore del piatto. Se la corrente è troppo alta, il comparatore si spegne e viceversa. La velocità di commutazione varia in base all'isteresi del comparatore. Se la velocità è troppo elevata, è possibile aumentare l'isteresi (e ridurre la velocità di commutazione) aggiungendo alcune centinaia di resistori tra l'uscita del comparatore e il suo ingresso +.

Nota: è necessario utilizzare un comparatore ad alta velocità (<0.1us ritardo di propagazione) con uscita di drain aperta. Potresti guardare LMV7235 che è disponibile da Farnell per circa una sterlina.

Inserito il:

I circuiti sopra presuppongono un solo LED. Se vuoi ancora usare 3 in serie, puoi usare due MAX1682 per darti 13.2v.

Inoltre, molte grazie a Telaclavo per i suoi consigli su questo.

Inserito il:

OP ha dichiarato:

• Vuole un tempo di salita molto veloce sulla corrente
• Non interessato all'efficienza
• Ci sarà un singolo impulso, o due impulsi distanti 80us, quindi una lunga pausa
• Vuole un circuito semplice e robusto

Ecco un circuito che è un regolatore di corrente lineare . Ciò è possibile solo perché il ciclo di lavoro è molto basso. Questo circuito probabilmente surriscalda il transistor se il ciclo di lavoro è troppo grande.

Pensieri:

• Un'alta tensione dall'MCU o 555 accenderà il LED. Una bassa tensione lo spegnerà.
• Imposta la corrente usando il divisore di tensione, oppure metti una pentola in modo che sia regolabile. Oppure usa una pentola digitale o un DAC in modo che l'MCU possa variare.
• Nello schema, la corrente è impostata su 3,3A. Puoi impostarlo su quello che vuoi.
• Ho disegnato solo un LED, ma è pensato per rappresentare tre LED.
• Se si utilizza solo un singolo LED, impostare la tensione di uscita del regolatore di sovralimentazione su un valore inferiore.
• Suggerisco un generatore di impulsi basato su 555 per motivi di sicurezza, quindi sarebbe abbastanza difficile lasciare la corrente accesa
• Puoi anche renderlo più sicuro scegliendo un regolatore boost che ha un limite di corrente. Quindi, anche se il flash viene lasciato acceso, il regolatore limiterebbe comunque la corrente.
• Non posso dire quale sarà l'orario di accensione. Ciò dipenderà dall'induttanza del cablaggio.
• È necessario disporre attentamente il PCB per evitare l'EMI.

Questo è un potere medio di

Potenza = 5 A $\times$ 10,5 V $\times$ 100 $\mu$s / 10 ms = 0,525 W.

La potenza media è facile per quasi tutte le batterie. Hai solo bisogno di un negozio per soddisfare l'impulso.

Un condensatore che "si abbasserà" dire 0,5 V su 100 $\mu$s deve essere

C = I $\times$ t / V = ​​5 A $\times$ 100 $\mu$s / 0,5 V = 1000 $\mu$F.

Un supercap andrebbe bene qui se la tensione nominale è OK.

E & OE

Un ladro di Joule può essere la risposta al tuo problema: è una sorta di convertitore boost, in cui si apre un circuito con un induttore in serie per creare un'alta tensione. Poiché l'alimentazione viene fornita dall'induttore, non è necessario fornire corrente direttamente dalla batteria.

Devi sintonizzare il circuito per alimentare il LED con la corrente corretta quando la tensione sale.

Considerare l'effettiva resistenza in serie (ESR) coinvolta e la perdita nel trasferimento di potenza.

Nel caso peggiore livelli di input massimi:

• Sovraccarico di corrente diretta, tp = 100 μs
• IF = 5 A Vf = 3,5 V nominale !!
• IF = 1 A Vf = 2,0 V nominale 2,5 V massimo
• Se = 0,2 A Vf = 1,5 V nominale

Anche dalle specifiche LED, calcolare ESR [mΩ]

Vf ... Se [A] .... . . delta V / delta I

• 3.5. . . 5
• 2.8 . . 3 . . 0,7 / 2 => 350 mΩ
• 2.0. . . 1 . . 0,8 / 2 => 400 mΩ
• 1.5 . . 0.2 . . 0,5 / 0,8 => 625 mΩ
• 1.1 . . 0,001. . . 0.4 / .2 => 2000 mΩ

(Stima grezza dell'ESR)

• L'ESR diminuisce drasticamente con l'aumento della corrente.
• Volete una fonte di alimentazione con un condensatore e interruttore ESR <~ 10% di 350 mΩ = 35 mΩ.

Ora vai a trovare un condensatore a basso ESR adatto e commuta il totale.

Forse disaccoppiare la batteria ESR con uno starter per limitare la corrente all'interno delle sue specifiche. E utilizzare una fusione adeguata per evitare guasti alla batteria.

• Questi sono interruttori $ 0,40 a basso ESR <15 mΩ con un azionamento da 10 V 35 A [FDD8778CT]
• Questi sono condensatori a basso ESR $ 0,40 ~ 7 mΩ , CAP ALUM 68 µF 16 V 20% Passante
• Scegli un valore µF maggiore, se necessario.

Supponendo che sia possibile gestire la ricarica delle batterie agli ioni di litio, scegliere 4x celle da 3 V per 12 V attraverso il LED e un interruttore di serie sopra a terra.

Puoi guidare con 5 V o meglio 12 V in modo che il transistor possa amplificare 3 V in uscita per ottenere 12 V in uscita per guidare il MOSFET per ottenere 5 A da tre LED 11,5 V, con una caduta di 0,5 V dalla sorgente agli ioni di litio da 12 V . Dovresti progettare il limite di corrente complessivo con un ESR della stringa più un resistore aggiunto per ottimizzare i valori, ovvero 0,4 V drop @ 5 A <100 mΩ resistore senza filo.

Il condensatore attraversa la stringa della batteria agli ioni di litio con forse un microfuse e uno starter in ferrite inseriti per una buona pratica.

Riesci a far funzionare il PIC dalla batteria agli ioni di litio più bassa nella stringa @ 3 V? Con 3 LED da 12 V con un gate drive da 12 V e un impulso controllato da 5 A ai LED.

Hai la foto?