Kann der Überstrom des DC/DC-Wandlers die LED-Lampe beschädigen?

Ich baue einen Abwärtswandler, um LED-Lampen anzutreiben. Es besteht aus Mikrocontroller, PWM-Generator, Buck-Schaltung und Stromsensor. Der Mikrocontroller weiß, wie hoch der Zielstrom sein sollte, und stellt den Arbeitszyklus basierend auf den aktuellen Sensorergebnissen ein.

Die Schaltung, die mit +48 V bei VIN versorgt wird, sollte LED-Lampen mit breiten Spannungs- und Stromwerten ansteuern. Die Strombegrenzung wird unabhängig für jede Lampe in uC eingestellt. Der Ausgang muss für eine möglichst geringe Welligkeit gefiltert werden, da die Lampen ziemlich weit vom Treiber entfernt sind und ich EMI reduzieren möchte.

Erste Simulation: 30 kHz PWM-Frequenz, 50 % Einschaltdauer, 1 mH-Induktor, 47 uF-Kondensator. Mit dieser Schaltung möchte ich einen 2,5-A-LED-Streifen ansteuern.

30 kHz, 50 % Einschaltdauer, 1 m, 47 uF Schaltung

In der Simulation kann ich jedoch während der ersten 2 ms des Betriebs einen sehr hohen Überschwingstrom sehen. Danach ist der Strom ziemlich stabil.

Ich kann dort nicht einfach einen passiven Limiter einbauen, weil ich die Möglichkeit behalten muss, den Ausgangsstrom einzustellen.

30 kHz, 50 % Einschaltdauer, 1 m, 47 uF-Simulation

Nun meine Fragen:

  • Wird ein solcher Stromanstieg (3,6 A für 2 ms) einen LED-Streifen mit einer Nennleistung von 2,5 A zerstören?
  • Wie kann ich einen solchen Effekt verhindern?
  • Was kann ich tun, um eine bessere Filterung des Ausgangsstroms zu erreichen?
  • Gibt es eine Möglichkeit, die Induktorgröße zu reduzieren? Mit 100 uH bekomme ich viel Klingeln am Abfluss
  • Wie kann ich die Schaltung verbessern?
Dies ist nicht das, was Einschaltstrom bedeutet.
Okay, jetzt verstehe ich. Wie lautet der richtige Name für diesen Effekt?
Überschwingen kann nützlicher sein.
LEDs werden etwas überschwingen, mit einem idealen Zener bei etwas V + ESR simulieren, es wird viel niedriger sein als festes R. Das reduziert Q und Überschwingen, LED-Spezifikationen anzeigen, wenn Sie nicht sicher sind, wie Vf, R simuliert werden soll
LEDs klemmen die Überspannung - was hier nicht das Problem ist -, indem sie überschüssigen Strom leiten (nicht begrenzen) . Diese Sorge kann also real sein - abhängig von den ABS-Maximalwerten für die LED. Einige haben Pulsstromnennwerte für die Verwendung als Fotoblitz "nicht überschreiten", andere möglicherweise nicht. Eine Art Sanftanlauf kann eine gute Idee sein.
Das Ersetzen einer LED-Last durch eine einfache WIDERSTANDS-Last kann ein guter Anfang sein, ist aber am Ende unrealistisch ... LEDs sind nicht linear. Das Einschwingverhalten Ihrer Simulation wird mit einer geeigneten Diodenlast anders sein.

Antworten (2)

Das Problem liegt in deinem Regelkreis. Dies ist die Firmware, die erkennt, was die Versorgung tut, dies mit dem vergleicht, was sie tun soll, und dann das PWM-Tastverhältnis als Ergebnis anpasst.

Sie haben nichts über Ihren Regelkreis gesagt, also können wir auch wenig darüber sagen. Im Allgemeinen ist es zu aggressiv. In Ihrer Situation scheint es keine große Sache zu sein, langsam auf eine neue Situation zu reagieren. LEDs sind in ihren Eigenschaften ziemlich festgelegt. Sie können daher den Regler überdämpfen. Dadurch werden Überschwinger auf Kosten eines langsamen Einschwingverhaltens stark reduziert oder eliminiert.

Es gibt ganze Bücher darüber, wie man Regelkreise optimiert. Ausgefallene Steuerungsschemata sind jedoch oft nicht erforderlich. Ich würde ein einfaches Pulse-on-Demand-System verwenden. Wenn der Ausgang unter die Regelschwelle fällt, machen Sie einen Impuls, sonst nicht. Dies hat mehr Welligkeit, ist aber schön stabil, ohne mehr Überschwingen als das, was ein einzelner Impuls erzeugen kann.

Dies ist genau das Steuerschema, das ich in meinem KnurdLight LED-Scheinwerfer verwendet habe. Das Steuerschema ist so einfach, dass es in einem PIC 10F läuft.

Im Moment gibt es KEINEN Regelkreis. Es ist nur eine einfache Simulation eines Tastverhältnisses von 50 %, das auf die Buck-Schaltung angewendet wird.

Wenn Sie die Größe der Induktivität durch Verringern der Induktivität verringern möchten, erhöhen Sie die Frequenz, um die Stromwelligkeit zu kompensieren und zu verringern. V = L*dI/dt. Nur als Beispiel: bei 50 % Einschaltdauer,

24 v = L × 0,5 A ( ich N D u C T Ö R   R ich P P l e   C u R R e N T ) 5 u S ( F R Ö M   100 k H z )
⇒ L = 240 u H

Rippelstrom (bei >vielen kHz) spielt für eine LED bis zu einem gewissen Grad keine Rolle. Beispielsweise sollte eine 2,5-A-LED mit einem Welligkeitsstrom von 0,5 A gut funktionieren. Das heißt, C2 kann für dieses eine Beispiel nur 0 sein. Sie können C2 variieren, um den für Sie angenehmen LED-Welligkeitsstrom zu erhalten. C2 von 5uF oder 10uF ist wahrscheinlich in Ordnung. Das Überschwingen kommt von der RLC-Ausgangsanordnung (wobei R die LED-Last ist). Bei reduziertem C steigt der Dämpfungsfaktor und das Überschwingen sollte abnehmen.

Dies ist nur ein Beispiel bei 50 % Einschaltdauer.

Ich möchte den Welligkeitsstrom reduzieren, da die Drähte, die den Konverter und die Ziel-LEDs verbinden, sehr lang sind - ~ 30,0 m
Sie können von oben einen Kompromiss sehen. Erhöhen Sie die Frequenz -> reduzieren Sie den Welligkeitsstrom, der zum Verringern der Induktivität und / oder Kapazität verwendet werden kann. Eine entgegengesetzte Seite des Kompromisses ist ein erhöhter Schaltverlust.
Andere Möglichkeiten zum Reduzieren des RLC-Überschwingens bestehen darin, die Steuerrampe der PWM zu variieren. Nehmen wir an, die natürliche Antwort liegt in der Größenordnung von 1 ms (wie in der von Ihnen angezeigten Spur). Es ist langsam genug, dass es adressierbar sein könnte, indem es in die Steuerschleife gelegt wird. Oder indem Sie PWM-Änderungen vornehmen, die in kleine Schritte unterteilt sind, die verteilt sind. Zum Beispiel würden 10 ms für die Augen immer noch augenblicklich erscheinen. 1 oder 2 Sekunden könnten stattdessen einen angenehmen Ein- und Ausblendeffekt ergeben.
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