Memompa beberapa ampere selama 100 µsec

Saya ingin memompa 4-5 A ke LED daya tinggi selama 100 μs. Sistem saya hanya memiliki baterai 3,3 V, dan acara berdaya tinggi 100 μs ini dilakukan setiap 10 detik sekali.

Apa cara terbaik untuk melakukan ini tanpa mengganggu baterai?

Jawaban di bawah ini sangat bagus. Namun, saya mencari skema yang bisa saya gunakan dan uji.

Persyaratan yang lebih tepat:

• Baterai: Li-ion
• 5 A saat ini
• Durasi pulsa: 100 µs
• Waktu Naik Nadi <100 ns
• Waktu minimum antara pulsa 10 ms
• Pulsa dikontrol dengan 3.3 VI / O GPIO dari pengontrol
• Penurunan tegangan pada LED adalah 3,5 V. Idealnya saya ingin dapat menempatkan tiga atau lebih secara seri (penurunan tegangan 10,5 V)
• Lembar data ke LED

Pertanyaan bonus

Jika Anda memiliki rekomendasi LED yang lebih baik dengan sudut besar yang berada dalam kisaran tak terlihat, beri tahu saya.

Saya telah mengimplementasikan proyek ini, dan berfungsi dengan baik kecuali arus bocor. Tidak peduli apa yang saya coba, saya tidak bisa menghilangkan kebocoran. Saya mencoba beberapa jenis opamps menambahkan pull down resistor ke output dari opamp, dll. Saya akhirnya mematikan opamp untuk memotong kebocoran. Ini bekerja, tetapi tidak terlalu rapi. Saya akan senang mendengar pendapat para ahli tentang situasi ini.

Ini adalah cara paling efisien yang dapat saya pikirkan untuk melakukannya. Ada pompa pengisian MAX1682 untuk memberi Anda 6.6v di super kapasitor. Pengganda tegangan cukup efisien, mungkin lebih dari 90%, tetapi mereka tidak dapat memasok arus besar. Tapi berapa rata-rata arusnya?

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

Itu baik dalam spesifikasi 45mA MAX1682.

Dari sekilas melihat datasheet, saya tidak bisa melihat alasan mengapa itu tidak akan bekerja dengan kapasitor sebesar C2.

Terima kasih kepada Russell McMahon untuk saran tentang efisiensi pompa pengisian. Sepertinya solusi berbasis induktor akan lebih efisien, tetapi akan membutuhkan lebih banyak komponen. Lihatlah sesuatu seperti MAX17067 . Ini juga memiliki keuntungan karena dapat menghasilkan tegangan lebih tinggi yang dibutuhkan oleh tiga LED secara seri. Saya akan menambahkannya ke skema malam ini.

Sekarang yang penting. Anda akan melihat bahwa tidak ada resistor pembatas arus. Pembatasan saat ini akan dilakukan dengan gaya loop terbuka berbahaya oleh MCU. Anda harus memperbaikinya dengan perhitungan atau coba-coba (atau keduanya).

Dengan memasok PWM ke gerbang Q2, Anda akan dapat menggunakan induktor sebagai pembatas arus yang efisien. Tetapi Anda tidak akan mendapatkan arus yang sangat andal dengan cara ini. Mungkin tidak masalah besar, selama 1) daya yang cukup dikirimkan ke led di 100us, dan 2) batas arus LED tidak dilanggar.

Berikut ini simulasi yang saya lakukan di Altium. Saya menggunakan induktor 5uH (bukan 10mH yang ditampilkan dalam skema). Dan saya memberikan PWM 12us tepat waktu, dan 3us waktu ke gerbang. Saya tidak menggunakan kapasitor 100uF, hanya sumber tegangan tetap saja. Jadi, Anda dapat mengharapkan beberapa penurunan saat ini.

Merah adalah arus dalam amp, dan biru adalah sinyal PWM. Anda dapat melihat bahwa Anda mendekati 5A dalam 20us, dan tetap cukup dekat dengan itu setelah itu.

Jika Anda ingin pengaturan saat ini yang lebih baik, maka Anda dapat menambahkan resistor akal, dan menggunakannya untuk memberi makan kembali ke MOSFET.

Di sini kita memiliki resistor indera arus 0,5ohm. Pada 5A, ini seharusnya memberi kita 2,5v ke input negatif komparator. Ini dibandingkan dengan nilai dari pot. Jika arus terlalu tinggi, komparator mati, dan sebaliknya. Kecepatan switching akan bervariasi tergantung pada histeresis pembanding. Jika kecepatannya terlalu tinggi, maka Anda dapat meningkatkan histeresis (dan mengurangi kecepatan switching) dengan menambahkan beberapa ratus k resistor antara output komparator dan input + -nya.

Catatan: Anda harus menggunakan komparator kecepatan tinggi (<keterlambatan propagasi USUS) dengan output drain terbuka. Anda mungkin melihat LMV7235 yang tersedia dari Farnell sekitar satu pound.

Ditambahkan:

Sirkuit di atas mengasumsikan hanya satu LED. Jika Anda masih ingin menggunakan seri 3, Anda dapat menggunakan dua MAX1682 untuk memberi Anda 13.2v.

Juga, banyak terima kasih kepada Telaclavo untuk nasihatnya tentang ini.

Ditambahkan:

OP telah menyatakan:

• Dia ingin waktu naik sangat cepat pada saat ini
• Tidak tertarik pada efisiensi
• Akan ada satu pulsa, atau dua pulsa terpisah 80us, lalu jeda yang panjang
• Ingin sirkuit yang sederhana dan kuat

Berikut ini adalah rangkaian yang merupakan pengatur arus linier . Ini hanya layak karena siklus tugasnya sangat rendah. Rangkaian ini kemungkinan akan memanaskan transistor jika siklus tugasnya terlalu besar.

Pikiran:

• Tegangan tinggi dari MCU atau 555 akan menyalakan LED. Tegangan rendah akan mematikannya.
• Atur arus menggunakan pembagi tegangan, atau masukkan ke dalam pot agar bisa disesuaikan. Atau gunakan pot digital atau DAC sehingga MCU dapat memvariasikannya.
• Dalam skema, arus diatur ke 3.3A. Anda dapat mengaturnya untuk apa pun yang Anda inginkan.
• Saya hanya menggambar satu LED, tetapi itu dimaksudkan untuk mewakili tiga LED.
• Jika Anda hanya menggunakan satu LED, atur tegangan output regulator dengan lebih rendah.
• Saya menyarankan generator pulsa berbasis 555 untuk alasan keamanan, jadi akan cukup sulit untuk membiarkan arus aktif
• Anda juga bisa membuatnya lebih aman dengan memilih regulator penguat yang memiliki batas saat ini. Jadi, bahkan jika blitz dibiarkan menyala, regulator hanya akan membatasi arus saja.
• Saya tidak bisa mengatakan apa yang akan menyalakan waktu. Ini akan tergantung pada induktansi kabel Anda.
• Anda harus meletakkan PCB dengan hati-hati untuk menghindari EMI.

Itu kekuatan rata-rata

Daya = 5 A $\times$ 10.5 V $\times$ 100 $\mu$s / 10 ms = 0,525 W.

Daya rata-rata mudah untuk hampir semua baterai. Anda hanya perlu toko untuk mengakomodasi denyut nadi.

Kapasitor yang akan "terkulai" mengatakan 0,5V dalam 100 $\mu$Itu perlu

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

Supercap akan bekerja dengan baik di sini jika peringkat tegangan OK.

E&OE

Seorang pencuri Joule mungkin menjadi jawaban untuk masalah Anda: ini semacam boost converter, di mana Anda membuka rangkaian dengan induktor secara seri untuk menghasilkan tegangan tinggi. Karena daya dikirim oleh induktor, Anda tidak perlu memasok arus langsung dari baterai.

Anda harus menyetel sirkuit untuk memberi makan LED dengan arus yang tepat saat tegangan naik.

Pertimbangkan resistensi seri efektif (ESR) yang terlibat dan kehilangan dalam transfer daya.

Paling buruk tingkat input maksimum:

• Lonjakan arus maju, tp = 100 μs
• JIKA = 5 A Vf = 3,5 V nominal !!
• IF = 1 A Vf = 2.0 V nominal 2.5 V maksimum
• Jika = 0,2 A Vf = 1,5 V nominal

Juga dari spesifikasi LED, hitung ESR [mΩ]

Vf ... Jika [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

(Estimasi kasar ESR)

• ESR turun secara dramatis ketika arus naik.
• Anda ingin sumber daya dengan kapasitor dan alihkan ESR <~ 10% dari 350 mΩ = 35 mΩ.

Sekarang cari kapasitor ESR rendah yang sesuai dan ganti total.

Mungkin memisahkan baterai ESR dengan choke untuk membatasi arus dalam spesifikasinya. Dan gunakan sekering yang cocok untuk mencegah kegagalan baterai.

• Ini adalah ESR rendah $ 0,40 switch <15 mΩ dengan drive 10 V 35 A [FDD8778CT]
• Ini adalah kapasitor ESR $ 0,40 rendah ~ 7 mΩ , CAP ALUM 68 µF 16 V 20% Melalui lubang
• Pilih nilai µF yang lebih besar sesuai kebutuhan.

Dengan asumsi Anda dapat mengatur pengisian baterai Li-ion pilih sel 4x3 V selama 12 V di LED dan seri terbangun di atas tanah.

Anda dapat berkendara dengan 5 V atau lebih baik 12 V sehingga transistor dapat memperbesar 3 V untuk mendapatkan 12 V untuk menggerakkan MOSFET untuk mendapatkan 5 A dari tiga LEDS 11,5 V, dengan penurunan 0,5 V dari sumber Li-ion 12 V . Anda harus merancang batas arus keseluruhan dengan ESR dari string plus resistor tambahan untuk mengoptimalkan nilai, yaitu 0,4 V drop @ 5 A <100 mΩ resistor non-wirewound.

Kapasitor melewati string baterai Li-ion dengan mungkin sebuah microfuse dan ferrite choke yang dimasukkan untuk praktik yang baik.

Bisakah Anda menjalankan PIC dari baterai Li-ion terendah di string @ 3 V? Dengan 3x LED dari 12 V dengan drive gerbang 12 V dan pulsa menyatu 5 A terkontrol ke LED.

Punya gambar?