Bombeo de algunos amperios por 100 µseg.

Me gustaría bombear 4-5 A a un LED de alta potencia por 100 µs. Mi sistema solo tiene una batería de 3.3 V, y este evento de alta potencia de 100 µs tiene lugar una vez cada 10 segundos.

¿Cuál es la mejor manera de hacer esto sin alterar las baterías?

La respuesta a continuación es muy buena. Sin embargo, estoy buscando un esquema que pueda usar y probar.

Requisitos más exactos:

• Batería: ion de litio
• Corriente 5 A
• Duración del pulso: 100 µs
• Tiempo de aumento de pulso <100 ns
• Tiempo mínimo entre pulsos 10 ms
• Los pulsos se controlan con un 3.3 VI / O GPIO desde un controlador
• La caída de voltaje a través del LED es de 3.5 V. Idealmente, me gusta poder poner tres o más en serie (caída de voltaje de 10.5 V)
• Hoja de datos para el LED

Pregunta extra

Si tiene una mejor recomendación de LED con un ángulo grande que está en el rango invisible, hágamelo saber.

He implementado este proyecto, y funciona bien, excepto la corriente de fuga. No importa lo que intenté, no pude deshacerme de la fuga. Probé algunos tipos de opamps para agregar una resistencia pull-down a la salida del opamp, etc. Termino apagando el opamp para cortar la fuga. Funciona, pero no es muy ordenado. Me encantaría saber qué piensan los expertos sobre la situación.

Esta es la forma más eficiente en que puedo pensar en hacerlo. Hay una bomba de carga MAX1682 para darle 6.6v en el supercondensador. El duplicador de voltaje es bastante eficiente, probablemente más del 90%, pero no pueden suministrar grandes corrientes. Pero, ¿cuál es la corriente promedio?

5A * 100us / 10s = 0.05mA.

Eso está dentro de la especificación de 45 mA del MAX1682.

De un breve vistazo a la hoja de datos, no pude ver ninguna razón por la que no funcionaría con un condensador tan grande para C2.

Gracias a Russell McMahon por sus consejos sobre la eficiencia de la bomba de carga. Parece que una solución basada en inductor sería más eficiente, pero requeriría más componentes. Echa un vistazo a algo como MAX17067 . Esto también tiene la ventaja de que puede producir el voltaje más alto requerido por tres LED en serie. Lo agregaré al esquema esta noche.

Ahora lo importante. Notarás que no hay resistencia limitadora de corriente. La limitación de corriente se ejecutará en un estilo de circuito abierto peligroso por la MCU. Tendrá que hacerlo correctamente mediante cálculo o prueba y error (o ambos).

Al suministrar PWM a la puerta de Q2, podrá usar el inductor como un limitador de corriente eficiente. Pero no obtendrá una corriente muy confiable de esta manera. Puede que no importe mucho, siempre y cuando 1) se entregue suficiente energía al led en 100us, y 2) el límite de corriente del LED no se infringe.

Aquí hay una simulación que hice en Altium. Usé un inductor de 5uH (no el 10mH que se muestra en el esquema). Y le suministré a PWM 12us a tiempo y 3us a la puerta. No utilicé el condensador de 100uF, solo una fuente de voltaje fijo. Por lo tanto, puede esperar alguna caída actual.

El rojo es la corriente en amperios, y el azul es la señal PWM. Puedes ver que te acercas a 5A en 20us, y te mantienes bastante cerca después de eso.

Si desea una mejor regulación actual, puede agregar una resistencia de detección y utilizarla para retroalimentar el MOSFET.

Aquí tenemos una resistencia de detección de corriente de 0.5ohm. En 5A, esto debería darnos 2.5v a la entrada negativa del comparador. Esto se compara con el valor del bote. Si la corriente es demasiado alta, el comparador se apaga y viceversa. La velocidad de conmutación variará dependiendo de la histéresis del comparador. Si la velocidad es demasiado alta, puede aumentar la histéresis (y disminuir la velocidad de conmutación) agregando unos pocos cientos de k de resistencia entre la salida del comparador y su entrada +.

Nota: Debe usar un comparador de alta velocidad (<0.1us de propagación) con salida de drenaje abierta. Puede mirar el LMV7235 que está disponible en Farnell por aproximadamente una libra.

Adicional:

Los circuitos anteriores suponen solo un LED. Si aún desea usar 3 en serie, puede usar dos MAX1682 para obtener 13.2v.

Además, muchas gracias a Telaclavo por sus consejos al respecto.

Adicional:

OP ha declarado:

• Quiere un tiempo de subida muy rápido en la corriente
• No le interesa la eficiencia.
• Habrá un solo pulso, o dos pulsos separados por 80us, luego una pausa larga
• Quiere un circuito simple y robusto

Aquí hay un circuito que es un regulador de corriente lineal . Esto solo es factible porque el ciclo de trabajo es muy bajo. Es probable que este circuito sobrecaliente el transistor si el ciclo de trabajo es demasiado grande.

Pensamientos:

• Un alto voltaje de la MCU o 555 encenderá el LED. Un bajo voltaje lo apagará.
• Ajuste la corriente usando el divisor de voltaje, o colóquela en una olla para que sea ajustable. O use un pot digital o DAC para que el MCU pueda variarlo.
• En el esquema, la corriente se establece en 3.3A. Puedes configurarlo para lo que quieras.
• Dibujé solo un LED, pero está destinado a representar tres LED.
• Si usa solo un LED, ajuste la tensión de salida del regulador de refuerzo en consecuencia.
• Sugiero un generador de impulsos basado en 555 por razones de seguridad, por lo que sería bastante difícil dejar la corriente encendida
• También podría hacerlo más seguro eligiendo un regulador de impulso que tenga un límite de corriente. Entonces, incluso si el flash se deja encendido, el regulador limitaría la corriente de todos modos.
• No puedo decir cuál será el tiempo de encendido. Esto dependerá de la inductancia de su cableado.
• Debe colocar la PCB con cuidado para evitar EMI.

Esa es una potencia promedio de

Potencia = 5 A $\times$ 10,5 V $\times$ 100 $\mu$s / 10 ms = 0.525 W.

La potencia promedio es fácil para casi cualquier batería. Solo necesita una tienda para acomodar el pulso.

Un condensador que se "caerá" dice 0.5V en 100 $\mu$s necesita ser

C = I $\times$ t / V = ​​5 A $\times$ 100 $\mu$s / 0.5 V = 1000 $\mu$F.

Un supercap haría bien aquí si la clasificación de voltaje está bien.

E&OE

Un ladrón de Joule puede ser la respuesta a su problema: es una especie de convertidor de impulso, donde abre un circuito con un inductor en serie para crear un alto voltaje. Dado que el inductor suministra la energía, no tiene que suministrar la corriente directamente desde la batería.

Debe sintonizar el circuito para alimentar el LED con la corriente adecuada cuando sube el voltaje.

Considere la resistencia en serie efectiva (ESR) involucrada y la pérdida en la transferencia de potencia.

En el peor de los casos, niveles máximos de entrada:

• Sobrecorriente directa, tp = 100 μs
• SI = 5 A Vf = 3.5 V nominal !!
• IF = 1 A Vf = 2.0 V nominal 2.5 V máximo
• Si = 0.2 A Vf = 1.5 V nominal

También a partir de las especificaciones del LED, calcule ESR [mΩ]

Vf ... Si [A] .... . . Delta V / Delta I

• 3.5. . . 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

(Estimación bruta de ESR)

• La ESR cae dramáticamente a medida que aumenta la corriente.
• Desea una fuente de alimentación con un condensador y conmutador ESR <~ 10% de 350 mΩ = 35 mΩ.

Ahora vaya a buscar un condensador adecuado de baja ESR y cambie el total.

Tal vez desacople la batería ESR con un estrangulador para limitar la corriente dentro de sus especificaciones. Y utilice fusibles adecuados para evitar el fallo de la batería.

• Estos son interruptores de baja ESR de $ 0.40 <15 mΩ con un controlador de 10 V de 35 A [FDD8778CT]
• Estos son condensadores de baja ESR de $ 0.40 ~ 7 mΩ , CAP ALUM 68 µF 16 V 20% Thru-hole
• Elija un valor de µF más grande según sea necesario.

Suponiendo que pueda administrar la carga de las baterías de iones de litio, elija 4 celdas de 3 V para 12 V a través del LED y un interruptor en serie sobre el suelo.

Puede conducir con 5 V o mejor 12 V para que el transistor pueda amplificar 3 V para obtener 12 V y conducir el MOSFET para obtener 5 A de tres LEDS 11.5 V, con una caída de 0.5 V de la fuente de iones de litio de 12 V . Debe diseñar el límite de corriente general con un ESR de la cadena más una resistencia adicional para optimizar los valores, es decir, caída de 0.4 V @ 5 A <resistencia de 100 mΩ sin bobinado.

El condensador atraviesa la cadena de la batería de iones de litio con quizás un microfusor y un estrangulador de ferrita insertado para una buena práctica.

¿Se puede ejecutar el PIC desde la batería de iones de litio más baja en la cadena @ 3 V? Con 3x LED de 12 V con un controlador de puerta de 12 V y un impulso fusionado controlado de 5 A a los LED.

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