Ich bin sehr neu in der Elektronik und ich baue Dinge und experimentiere als Lerngelegenheit. Ich habe eine Aufwärtswandlerschaltung zusammengestellt und sie funktioniert einwandfrei, aber ich habe festgestellt, dass die Spannung bei größeren Lasten unter die 5 V fällt, die ich vom SMPS-IC erwarte.
Ich verwende einen tps61232 und einen SRU1028-1R0Y gemäß dem TI Webench-Tool-Design. Ich habe eine Platine basierend auf dem Datenblatt (Bild unten) und einen Schaltplan basierend auf dem Webench-Tool erstellt.
Ich habe ein günstiges Konstantspannungsnetzteil. Wenn die Schaltung nicht unter Last ist, kann ich 2,8 V - 4,2 V in den Aufwärtswandler stecken und bekomme ziemlich genau 5 V heraus.
Ich wollte den Stromverbrauch unter Last testen, also habe ich ein Arduino (powered by USB) verwendet, das eine Cheapo-Kette von 50 WS2811-LEDs antreibt . Ich habe ein Potentiometer hinzugefügt, damit ich die Anzahl der leuchtenden LEDs einstellen kann (mit der Absicht, verschiedene Lasten zu simulieren).
Der Ausgang des Aufwärtswandlers versorgt die LEDs.
Ich bemerkte, dass, als ich die Anzahl der eingeschalteten LEDs erhöhte, die LEDs schwächer wurden und der Versorgungsstrom aufhörte zu steigen. Als ich mit der Untersuchung begann, stellte ich fest, dass die Ausgangsspannung bei verschiedenen Versorgungsspannungen unter die nominalen 5 V abfiel, und ich habe Mühe, herauszufinden, warum.
Hier sind einige Daten, die ich anfange zusammenzustellen:
Das erste, was ich überlegt habe, ist, dass ich nicht weiß, wie ich die Ausgangsspannung unter Last messen soll. Ich schließe mein Multimeter direkt an die Ausgangspins meines Aufwärtswandlers an und messe es dort. Würden Sie so die Leistung des Aufwärtswandlers messen?
Die zweite Sache, die ich in Betracht gezogen habe, war, dass der Widerstand in meinen Stromversorgungsleitungen die Versorgungsspannung unter die Mindestspannung des Aufwärtswandlers (2,3 V für diesen IC) fallen ließ. Das schien plausibel, basierend auf meinen Messungen der 2,8 V Versorgungsspannung, wo die Die Ausgangsspannung fiel auf 4 V, sobald die in den Wandler gehende Spannung unter 2,3 V fiel; bei 3,6 V und 4,2 V begann die Ausgangsspannung jedoch bei 2,8 V bzw. 3,2 V zu fallen, was über den minimalen Versorgungsspannungen liegt.
Das dritte, was ich in Betracht gezogen habe, war, dass mit dem Induktor etwas los ist. Ich wollte ein paar verschiedene Induktoren ausprobieren (versuchen, mich auf einen adäquaten Induktor zu einigen, der nicht 10 mm x 10 mm groß ist). Ich habe die Induktivität nicht an die Platine gelötet. Stattdessen habe ich einige Überbrückungsdrähte daran und an die Platine gelötet und sie treffen sich in einem Steckbrett. Das hat zweifellos einen gewissen Effekt, aber ich bin mir nicht sicher, wie ich das beurteilen kann. Könnte das meine Probleme verursachen?
Weitere Überlegungen zum Induktor waren, dass er möglicherweise gesättigt ist. Das erscheint unwahrscheinlich, da der höchste Eingangsstrom, den ich erreicht habe, 2,5 A beträgt, wenn alle 50 LEDs mit 1,3 A bei 3,8 V am Ausgang leuchten. Ist es möglich, dass ich diesen bestimmten Induktor und weniger als 1/4 seines Nennstroms sättige?
Die vierte Sache, die ich in Betracht gezogen habe, ist, dass ich vielleicht nicht genug Kapazität habe? Ich habe die Webench-Richtlinien befolgt und die empfohlenen 3 Ausgangskondensatoren (zumindest ähnlich spezifizierte) hinzugefügt.
Die fünfte Sache, die ich berücksichtigt habe, bezieht sich auf die Mindestspannung. Vielleicht hängt die Mindestspannung vom Stromverbrauch ab? Ich weiß, dass der Wirkungsgrad nach 1A etwas steil abfällt, aber es soll mit 2A umgehen können. . . vielleicht ist das optimistisch? Aber ich ging auch davon aus, dass es, wenn der Wirkungsgrad zu sinken begann, mehr Strom aus der Versorgung ziehen würde, um seinen Bedarf zu decken. Vielleicht ist das nicht der Fall?
Ist es möglich, dass IC nicht genug Strom in der Induktivität erzeugen kann? Hier ist, was ich meine. Ich denke, der Strom in der Induktivität ist eine Funktion der Spannung, des Tastverhältnisses, der Schaltfrequenz und der Induktivität. Der IC kann nur die Frequenz und das Tastverhältnis steuern. Ich hatte den Eindruck, dass die Frequenz fest war, aber ich nehme an, der IC könnte die Einschaltzeit anpassen, um den aktuellen Anforderungen gerecht zu werden? Wenn also die Einschaltzeit doppelt so hoch wäre, könnte dies möglicherweise den Strom in der Induktivität verdoppeln?
(Bearbeiten: Nach erneutem Lesen des Datenblatts sieht es so aus, als ob die Einschaltzeit und die Frequenz "quasi-konstant" sind. Sowohl die Einschaltdauer als auch die Frequenz können sich geringfügig ändern, und meine aktuellen Grenzen werden durch diese Grenzen definiert.)
Ein Beispiel könnte sein, wenn meine LEDs 5 V bei 1,3 A benötigen, um 25 LEDs zum Leuchten zu bringen, sind das 6,5 W. Wenn der Wandler einen Wirkungsgrad von 80 % hat, benötige ich 8,125 W auf der Versorgungsseite. Bei einer Eingangsspannung von 2,8V sind das 2,9A.
Es scheint denkbar, dass der IC versuchen könnte, das Tastverhältnis zu erhöhen, aber ich glaube nicht, dass eine Verdoppelung der Zeit die im Induktor gespeicherte Energie verdoppeln würde, also muss es eine Obergrenze geben? In meinem Fall sieht es nach meinen Messungen so aus, als ob es sich um einen Versorgungsstrom von etwa 2,3 A handelt. Ist es möglich, dass ich deshalb bei einer Versorgungsspannung von 2,8 V keine 5 V bei 1,3 A erhalten kann?
Basierend auf dem Datenblatt sieht es so aus, als würde dieser IC ausgangsseitig 2A erzeugen:
Aber ist es möglich, dass sie eine höhere Eingangsspannung haben? Wenn mein vorheriges Beispiel überhaupt Sinn macht, dann würde es vielleicht auch hier zutreffen. Wenn sie 5 V bei 2 A erzeugen können, sind das 10 W. Bei einem Wirkungsgrad von 80 % müssten etwa 12,5 W von der Versorgungsseite entnommen werden. Wenn sie nur etwa 2,3 A liefern können, lag ihre Versorgungsspannung vielleicht bei etwa 5,4 V? Der IC benötigt 5,5 V Eingang. Wenn sie einen Wirkungsgrad von 90 % haben, könnten sie ihn auf etwa 4,8 V senken und nur 2,3 A aus der Versorgung ziehen.
Ein Nachteil dieser Theorie ist, dass ich dachte, dass der Arbeitszyklus auf dem Verhältnis von Ausgangsspannung und Eingangsspannung basiert. Das würde bedeuten, dass sich die Einschaltdauer nicht als Funktion der Last ändert.
Option 6 ist natürlich, dass ich völlig von der Basis abweiche und insgesamt zum Reißbrett zurückkehren muss. Ich habe nur all diese Details aufgenommen, weil es sich lohnt zu beschreiben, wo ich beim Stellen der Frage war.
Wenn Sie es bis hierher geschafft haben, vielen Dank, dass Sie sich diese ganze Frage durchgelesen haben. Ich lerne nicht nur etwas über Elektronik auf Anfängerniveau, sondern ich lerne auch, darüber zu sprechen.
Ihr LED-Link zeigt an, dass Sie ein 15-W-LED-Set haben . oder 3A bei 100% Helligkeit. (Spezifikationen am Ende)
Der Konstantstromausgang des WS2811 beträgt max. 18,5 mA pro LED , sodass 18,5 x 3 x 50 = 2775 mA und 50 x IC das Gleichgewicht entleeren können (7,5 % von 3 A).
Nehmen wir an, 50 % Helligkeit sind 1,5 A.
Die IC-Spannungstoleranz beträgt +/-10 %.
Ihre beste Ausgangsleistung innerhalb einer Spannungsregelung von 10 % beträgt 0,588 A x 4,973 V = 2,9 ... W
Der IC ist für eine maximale Ausgangsleistung von 2,1 A oder 10 W ausgelegt, und Sie haben eine Last von 15 W.
Als Strommodus-Aufwärtsregler im kontinuierlichen Modus (CM) müssen sie möglicherweise ohne besondere Aufmerksamkeit unter 50 % Arbeitszyklus arbeiten, um eine subharmonische Instabilität zu verhindern. Die Anstiegsflanke des L-Stroms muss für diese Stabilität > Abfallflanke sein.
Da es jedoch für 2,1 A ausgelegt ist und die tatsächliche Last 3 A bei 100 % oder 50 % Einschaltdauer beträgt, scheint es, dass Sie Ihre aktuelle Last unterschätzen und L zu groß ist, um den Strom zu erhöhen, wenn er sich bereits 50 % DC nähert. (Obwohl unser Vsw-Trace eine negative Logik < 50% dc ist)
Spezifikationsannahmen waren falsch und somit nicht auf die Lieferfähigkeit abgestimmt.
Eine CC 15W Last = 1,67 Ω =R=V²/W= 25/15W.
Testen Sie mit kleineren (5 %) Schritten von 25 % bis 35 % für maximale Leistung.
Ziehen Sie stattdessen den TPS61230 5A-Regler oder eine Alternative in Betracht. mit 20 % aktueller Marge.
Model: WS2811 LED pixel
light source: F8RGB*1
IC Model: WS2811 IC
Quantity: 50 LEDs / set
LED Shape: Round
Color: full color, 24-bit
Gray level: 256
Length: 11.5ft (3.5m) per set
Size: Please refer to the picture
The standard operating voltage: DC 5V
Leistung: 0,3 W/LED (15 W/Set)
Ich hatte die Induktivität mit Drahtbrücken an die Leiterplatte gelötet, damit ich verschiedene Induktivitäten testen konnte, um zu verstehen, wie sich verschiedene Induktivitäten auf die Leistung des Aufwärtswandlers auswirken würden.
@cyclone erwähnte in einem Kommentar, dass die Überbrückungsdrähte wahrscheinlich die Ursache meiner Probleme waren, und das war richtig!
Als ich anfing, die Induktoren an die Platine zu löten, funktionierte jeder einzelne von ihnen wie ein Zauber! Ich habe 7 oder 8 davon ausprobiert.
Kurze Antwort: Halten Sie Ihre Induktivität so nah wie möglich am Boost-IC.
Danke!!
Damien
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