Повышающий LED драйвер MP3202 с током до 1A

Для питания светодиодов необходим токоограничивающий драйвер. Ранее были рассмотрены понижающие драйверы линейные: LM317, MBI1801, импульсный PT4115.

Step-UP LED драйвер MP3202
Step-UP LED драйвер MP3202

В этой статье разберем ещё один драйвер — повышающий на MP3202 от китайской компании MPS (MonolithicPower). Ток микросхемы драйвера до 1.3А, входное напряжение 2.5-6В и выходное до 25В.

Характеристики:

тип повышающий (step-up)
напряжение питания 2.5 — 6В
выходной пиковый ток (ток переключения микросхемы) 1.3А
ток покоя до 1мА
0.63мА (замерено с подтягивающим резистором 22K)
выходное напряжение Vin — 25В
частота работы 1-1.5МГц (заявлено)
~100-300КГц (замерено)
напряжение лог 1 вывода enable 1.35В, для Vin=5В
минимум 0.8В, для Vin=2.5В
максимальное напряжение на выводе enable 6.5В
КПД До 92%
рабочая температура -40 +85°С
тепловая защита 160°С

Драйвер оснащён входом управления, который можно использовать для димирования.

Стоимость микросхемы на площадке taobao составляет 7р или 0.62 юаня, не считая доставки. Стоимость актуальна на 2 апреля 2020 года, курс юаня ~11р.

Распиновка

Распиновка микросхемы, корпус sot23-6
Распиновка микросхемы, корпус sot23-6

1 SW Выход питания, выход силового ключа микросхемы
2 GND Питание, общий
3 FB Обратная связь
4 IN Вход питания
5 OV Вход контроля тока
6 EN Вход управления (вкл — лог 1), диммирования

Схема

Драйвер имеет простую схему включения. Силовой ключ находится внутри микросхемы. Минимальная обвязка составляет 5 компонентов не считая микросхемы.

Схема
Схема

Перечень компонентов

Компоненты
Позиц. Обозначение
Footprint
Количество
Микросхемы
MP3202 U1 SOT23-6 1
Полупроводники
MBR0540 D1 SOD-123 1
Резисторы
22K R1 RES-0603 1
1.1 R2 RES-1206 1
1.2 R3 RES-1206 1
Конденсаторы
4.7uF 16V C1 Tantal_B 1
2.2uF 35V C2 CAP-1206 1
Индуктивности
VLS6045EX-100M 10uH L1 Inductor SMD 6.8*6.8*4.5 1
Соединители
PLS3 X1, X3 PLS3 2
PLS2 X2 PLS2 1

Основу схемы составляет микросхема U1 MP3202 в корпусе SOT23-6. Диод D1 в приведенной схеме MBR0540 в корпусе SOD-123 рассчитан на ток до 0.5А, для больших токов лучше заменить на 1А, например SS14, обратное напряжение диода должно быть выше максимального переключающего драйвера, т.е. выше 30В и одновременно как можно ниже, что бы уменьшить потери на диоде, оптимальным будет 40В. Индуктивность L1 на 10 мкГн с током в 1.5А в SMD корпусе 6.8*6.8мм. Если управление драйвером не требуется, то резистор R1 10-100К в корпусе 0603 можно на этапе проектирования исключить, подключив вход Enabel к Vin. Резисторы R2 и R3 токозадающие, рассчитываются по формуле ниже, в схеме на 1.1 и 1.2Ом в корпусе 1206 рассчитаны на 181мА. Напряжение входного конденсатора C1 4.7мкФ минимум 10В, применён чип-тантал типоразмера B. Напряжение выходного конденсатора C2 2.2мкФ 1206 должно быть минимум 35В. Разъёмы X1 и X3 PLS3, X2 PLS2. Печатная плата односторонняя размером 25х25мм. С обратной стороны размещается только одна перемычка и разъёмы, если не получается их разместить с верхней стороны.

Сборочный рисунок
Сборочный рисунок

Получившаяся печатная плата
Получившаяся печатная плата

Печатная плата на фото отличается от приведенной в статье, в ходе испытаний было изменено включение резистора R1, что бы без его установки драйвер был включен.

Расчёт тока

Ток подключенных светодиодов рассчитывается по формуле:

Iled=0.104V/R2

для одного токозадающего резистора и для двух:

Iled=0.104V*(R2+R3)/( R2*R3)

Примеры расчёта:

I LED (мА)
R2 (Ом)
R3 (Ом)
10.4 10
52 2
104 1
150 1.3 1.5
180 1.1 1.2
208 1 1
243 0.75 1
335 0.62 0.62

Расчёт тока драйвера:
R2 = Om  R3 = Om   I= mA

Осциллограммы

Во время подачи питания на выходе драйвера без нагрузки напряжение подскакивает до 29.4В и в течении 300мс опускается до напряжения питания.

Включение без нагрузки
Включение без нагрузки

С подключенными светодиодами напряжение возрастает до их рабочего значения за 100-200мкс.

Включение с 6 светодиодами
Включение с 6 светодиодами

Хоть напряжение не поднимается выше напряжения питания светодиодов, выходной конденсатор должен быть установлен на напряжение питания не ниже 35В, т.к. в случае обрыва или выхода из строя светодиода на нём напряжение достигнет 29В, что приведет к выходу из строя конденсатора и может привести к его возгоранию.

Пульсации по выходу
Пульсации по выходу

Драйвер переключается с частотой примерно 100-300КГц, в зависимости от установленного тока светодиода и протекающего через них напряжения. Замеренная частота переключения драйвера ниже заявленной 1-1.5МГц, но работе его это не мешает. Частота и уровень пульсаций в норме — мерцание светодиодов не будут заметны глазам и стандартной (не высокоскоростной) фото-видео аппаратуре.

Испытания

Испытание производилось на светодиодах LEMWS59T80J201 S630: 160мА 2.9-3.4В 40lm 3800-4200K; и на китайской COB no-name 3Вт сборке: 300мА 9-11В, 250lm нейтрального цвета.

Тестовые светодиоды
Тестовые светодиоды

Драйвер питался от блока питания с выставленным напряжением 4.2В (кроме одного измерения), что соответствует заряженной одной банки Li-ion аккумулятора. Входные напряжение и ток измерялись по блоку питания, падения на проводах не учитывал, т.к. токи небольшие. Выходной ток измерялся мультиметром, напряжение и его пульсации осциллографом.

Результаты на COB сборке:

R2+R3 (Ом)
Вход
Выход
КПД (%)
I (мА) U (В) I (мА) U (В)
1.1 437 4.2 96.6 9.4 88.4
1.1+1.2~=0.57 480 4.2 176.3 9.8 85.7

Результат на светодиодах. Для них токозадающий резистор установлен только на 1.1Ом.

Количество
светодиодов
Вход
Выход
КПД (%)
I (мА) U (В) I (мА) U (В) Пульсации U (мВ)
1 164 2.6 92 4 114 86.3
2 175 4.2 93.5 7.2 156 91.6
3 259 4.2 93.5 10.2 220 87.7
4 355 4.2 94 13.2 308 83.2
5 458 4.2 94.87 16.2 384 79.9
6 546 4.2 92 19 464 76.2
7 596 4.2 84.4 21.8 520 73.5
8 698 4.2 83.2 24.6 552 69.8
9 740 4.2 76 27.4 1240 67

9 светодиодов с напряжением в 27.4В (у драйвера максимальное заявлено 25В) для этого драйвера будет многовато, это отчетливо видно по пульсациям, к которым добавились дополнительные переходные процессы, что привело к их суммарному существенному росту. Так же драйвер начинает занижать выходной ток, но это скорее всего из-за слабого установленного диода в 0.5А.

На больших токах и критических режимах микросхему не испытывал, т.к. драйвер закладывал под определенные диоды и так же не предусмотрел дополнительный теплоотвод от выводов микросхемы.

Дополнительно была проверена возможность диммирования по входу Enable.

Проверка входа диммирования
Проверка входа диммирования

По документации управляющий PWM сигнал для приведенной схемы должен быть до 1КГц. Для частоты 500Гц светодиодный модуль начинает светиться со скважности от 0.4%, для 1КГц от 0.6%. Диммирование работает корректно.

Попробовал подать 21КГц, модуль начинает светиться от 8.7%, для 30КГц от 12.4%, но такое управление будет являться некорректным. Для частот выше 1КГц производителем предлагается другая схема управления.

Схеми диммирования, для частот выше 1КГц
Схеми диммирования, для частот выше 1КГц

Вывод

Драйвер показывает нормальную работу в своём рабочем диапазоне напряжений до 25В. КПД более 80% для напряжений до 14В и выходном токе до 200мА. На перегрузки и критические режимы тестирования не проводил, т.к. такой задачи не ставил. Хороший вариант для питания светодиодов средней мощности (токами до 350мА, может по более) от 4.2В Li-ion аккумуляторов и 5В USB.

Скачать архив проекта

Содержимое архива:

gerber\
pcb_mp3202.drl сверловка
pcb_mp3202.gbl медь, низ
pcb_mp3202.gbs маска, низ
pcb_mp3202.gko контур
pcb_mp3202.gtl медь, верх
pcb_mp3202.gto шелкография, верх
pcb_mp3202.gts маска, верх
assembled.pdf сборочный чертеж и принципиальная схема
lut.pdf лут, односторонняя плата
PCB_MP3202.PcbDoc PCB, Altium Designer

Параметры gerber файла: единицы измерения мм, точность 3:3, удалены незначащие нули вначале чисел.

Комментарии RSS

Оставьте отзыв