Накачка нескольких ампер за 100 мкс

Я бы хотел накачать 4-5 А до мощного светодиода за 100 мкс. Моя система имеет только батарею 3,3 В, и это событие высокой мощности 100 мкс происходит каждые 10 секунд.

Каков наилучший способ сделать это, не расстраивая батареи?

Ответ ниже очень хорош. Тем не менее, я ищу схему, которую я могу использовать и проверить.

Более точные требования:

• Аккумулятор: литий-ионный
• Ток 5 А
• Длительность импульса: 100 мкс
• Время нарастания импульса <100 нс
• Минимальное время между импульсами 10 мс
• Импульсы управляются с помощью 3.3 В / В GPIO от контроллера
• Падение напряжения на светодиоде составляет 3,5 В. В идеале я хотел бы иметь возможность устанавливать три или более последовательно (падение напряжения на 10,5 В)
• Спецификация на светодиод

Бонусный вопрос

Если у вас есть лучшие рекомендации по светодиодам с большим углом, который находится в невидимом диапазоне, пожалуйста, дайте мне знать.

Я реализовал этот проект, и он работает хорошо, за исключением тока утечки. Что бы я ни пытался, я не смог избавиться от утечки. Я попробовал несколько типов операционных усилителей, чтобы добавить резистор понижающего напряжения к выходу операционного усилителя и т. Д. В итоге я отключил операционный усилитель, чтобы сократить утечку. Это работает, но это не очень аккуратно. Я был бы рад услышать, что эксперты думают о ситуации.

Это самый эффективный способ сделать это. Есть зарядный насос MAX1682, который дает вам 6,6 В на суперконденсаторе. Удвоитель напряжения довольно эффективен, вероятно, более 90%, но они не могут подавать большие токи. Но каков средний ток?

5A * 100 мкс / 10 с = 0,05 мА.

Это хорошо в спецификации MAX1682 45mA.

Из краткого взгляда на таблицу я не смог понять, почему он не будет работать с таким большим конденсатором для C2.

Спасибо Расселу МакМахону за советы по эффективности заправочного насоса. Похоже, что решение на основе индуктора будет более эффективным, но потребует больше компонентов. Взгляните на что-то вроде MAX17067 . Это также имеет то преимущество, что он может создавать более высокое напряжение, необходимое для трех светодиодов, включенных последовательно. Я добавлю это к схеме сегодня вечером.

Теперь важный бит. Вы заметите, что нет токоограничивающего резистора. Ограничение тока будет выполняться MCU в опасном стиле разомкнутого контура. Вы должны получить это право путем расчета или методом проб и ошибок (или и тем, и другим).

Подавая ШИМ на затвор Q2, вы сможете использовать индуктор в качестве эффективного ограничителя тока. Но вы не получите очень надежный ток таким образом. Это может не иметь большого значения, если 1) достаточная мощность подается на светодиод в 100us, и 2) ограничение тока светодиода не нарушено.

Вот симуляция, которую я сделал в Altium. Я использовал индуктор 5 мкГн (не 10 мГн, показанный на схеме). И я поставил ШИМ с 12us вовремя, и 3us вне времени к воротам. Я не использовал конденсатор на 100 мкФ, а просто источник постоянного напряжения. Таким образом, вы можете ожидать некоторый текущий спад.

Красный - ток в амперах, а синий - сигнал ШИМ. Вы можете видеть, что вы приближаетесь к 5А в течение 20 мс, и после этого держитесь довольно близко к нему.

Если вы хотите улучшить регулировку тока, вы можете добавить чувствительный резистор и использовать его для обратной связи с полевым МОП-транзистором.

Здесь у нас есть токовый резистор 0,5 Ом. При 5А это должно дать нам 2,5 В на отрицательный вход компаратора. Это сравнивается со значением из банка. Если ток слишком велик, компаратор отключается, и наоборот. Скорость переключения будет варьироваться в зависимости от гистерезиса компаратора. Если скорость слишком высока, вы можете увеличить гистерезис (и уменьшить скорость переключения), добавив несколько сотен кОм резистора между выходом компаратора и его входом +.

Примечание: Вы должны использовать высокоскоростной (<0.1us задержка распространения) компаратор с открытым стоком. Вы можете посмотреть на LMV7235, который можно купить у Фарнелла примерно за один фунт.

Добавлено:

Схемы выше предполагают только один светодиод. Если вы все еще хотите использовать 3 в серии, вы можете использовать два MAX1682, чтобы дать вам 13.2v.

Также большое спасибо Telaclavo за его советы по этому вопросу.

Добавлено:

ОП заявил:

• Он хочет очень быстрое время нарастания тока
• Не заинтересованы в эффективности
• Будет один импульс или два импульса на расстоянии 80 мсек, затем длинная пауза
• Хочет простой, надежной схемы

Вот схема, которая представляет собой линейный регулятор тока. Это возможно только потому, что рабочий цикл очень низок. Эта схема, вероятно, перегреет транзистор, если коэффициент заполнения слишком велик.

Мысли:

• Высокое напряжение от MCU или 555 включит светодиод. Низкое напряжение выключит его.
• Установите ток с помощью делителя напряжения или поместите в кастрюлю, чтобы он был регулируемым. Или используйте цифровой горшок или ЦАП, чтобы MCU мог его изменить.
• На схеме ток установлен на 3,3А. Вы можете установить его на то, что вы хотите.
• Я нарисовал только один светодиод, но он должен представлять три светодиода.
• Если вы используете только один светодиод, то соответственно уменьшите выходное напряжение повышающего регулятора.
• В целях безопасности я предлагаю генератор импульсов на основе 555, поэтому было бы довольно сложно оставить ток включенным.
• Вы также можете сделать его более безопасным, выбрав повышающий регулятор с ограничением тока. Таким образом, даже если вспышка остается включенной, регулятор все равно ограничивает ток.
• Я не могу сказать, что будет время включения. Это будет зависеть от индуктивности вашей проводки.
• Вы должны тщательно разложить плату, чтобы избежать EMI.

Это средняя сила

Мощность = 5 А $\times$ 10,5 В $\times$ 100 $\mu$с / 10 мс = 0,525 Вт.

Средняя мощность проста практически для любой батареи. Вам просто нужен магазин для размещения пульса.

Конденсатор, который будет "падать", скажем, 0,5 В на 100 $\mu$с должен быть

C = I $\times$ т / в = 5 А $\times$ 100 $\mu$с / 0,5 В = 1000 $\mu$F.

Суперкап будет хорошо работать здесь, если номинальное напряжение в порядке.

E & OE

Джоуля вор может быть ответ на ваш вопрос: это своего рода повышающего преобразователя, в котором вы открываете схему с индуктора в серии для создания высокого напряжения. Поскольку питание подается от индуктора, вам не нужно подавать ток непосредственно от батареи.

Вы должны настроить схему, чтобы питать светодиод нужным током при повышении напряжения.

Рассмотрим эффективное последовательное сопротивление (ESR) и потери при передаче мощности.

В худшем случае максимальные входные уровни:

• Импульсный ток, tp = 100 мкс
• ЕСЛИ = 5 А Vf = 3,5 В номинал!
• IF = 1 A Vf = 2,0 В, номинальное 2,5 В, максимальное
• Если = 0,2 А, Vf = 1,5 В, номинал

Также из спецификаций светодиодов рассчитайте ESR [мОм]

Vf ... Если [A] .... , , дельта V / дельта I

• 3.5. , , 5
• 2.8. , , 3 , , 0,7 / 2 => 350 мОм
• 2.0. , , 1 , , 0,8 / 2 => 400 мОм
• 1,5 , , 0,2 , , 0,5 / 0,8 => 625 мОм
• 1.1. , , 0,001. , , 0,4 / .2 => 2000 мОм

(Грубая оценка СОЭ)

• СОЭ резко падает с ростом тока.
• Вам нужен источник питания с конденсатором и переключателем ESR <~ 10% от 350 мОм = 35 мОм.

Теперь найдите подходящий конденсатор с низким ESR и переключите общее количество.

Возможно, отсоедините батарею ESR с помощью дросселя, чтобы ограничить ток в пределах его технических характеристик. И используйте подходящее соединение, чтобы предотвратить выход из строя батареи.

• Это переключатели с низким ESR $ 0,40 <15 мОм с приводом 10 В 35 A [FDD8778CT]
• Это конденсаторы с низким ESR $ 0,40 ~ 7 мОм , CAP ALUM 68 мкФ 16 В 20% через отверстие
• Выберите большее значение мкФ по мере необходимости.

Предполагая, что вы можете управлять зарядкой литий-ионных батарей, выберите 4x 3 В ячейки для 12 В на светодиоде и последовательное переключение над землей.

Вы можете работать с напряжением 5 В или лучше 12 В, так что транзистор может усилить 3 В, чтобы получить 12 В, чтобы управлять МОП-транзистором и получить 5 А от трех светодиодов 11,5 В, с падением 0,5 В от источника 12 В литий-ионного источника. , Вы должны спроектировать общий предел тока с помощью ESR цепочки плюс добавленный резистор для оптимизации значений, то есть падение 0,4 В при 5 A <100 мОм, не проволочный резистор.

Конденсатор проходит через ряд литий-ионных аккумуляторов с микроплавким и ферритовым дросселем, вставленным для хорошей практики.

Можете ли вы запустить PIC от самого низкого литий-ионного аккумулятора в строке при 3 В? С 3-мя светодиодами от 12 В с 12-вольтным приводом затвора и 5 A контролируемым импульсным предохранителем на светодиоды.

Есть картина?