7.4. Источник питания проблескового фонаря на светодиодах
Источник разработан для на ультраярких светодиодах желтого свечения. Сам фонарь представляет собой кластер из 20 светодиодов, состоящий из десяти параллельно включенных пар светодиодов [70].В каждой паре светодиоды включены последовательно.
При разборке были поставлены следующие требования:
источник должен выдавать импульсы с напряжением 4 В и максимальным током 3,5 А;
должна быть предусмотрена подстройка напряжения в пределах ±0,3 В;
частота следования импульсов – один раз в 3 с, длительность импульсов должна задаваться в пределах 0,1…1 с;
первичный источник питания – два цилиндрических элемента напряжение 1,5 В;
КПД должен быть максимально возможным.
Схема источника приведена на рис. 244. Источник состоит из маломощного служебного повышающего стабилизатора для питания цепей управления (DA1), мощного повышающего преобразователя (L2, VD2, VT1, C5) и схемы управления на микроконтроллере PIC16C620 (DD1).
Рис. 244
На рис. 244 обозначено: R1=1 кОм; R2, R3, R6, R9 = 3,6 кОм; R4 = 6,8 кОм; R5 = 680 Ом; R7 = 1,5 кОм; R8 = 2,4 кОм; C1 = 10 мкФ ; С2, С4 = 0,1 мкФ; С3 = 10 нФ; С5 = 1000 мкФ 16 В;XL1 = 10 МГц; VD1 – 1N5817; VD2 – 90SQ045; VT1 – IRF7413; VT2 – IRF7413; DA1 – ADP1110-5.
Служебный стабилизатор и мощный преобразователь выполнены по типовым схемам и в подробном рассмотрении не нуждаются. Цепи управления содержат все необходимые для функционирования источника устройства, часть из которых выполнены с использованием аппаратных средств микроконтроллера, а часть реализована программно. В цепи управления входят:
ШИМ – компаратор К1;
компаратор блокировки и формирования «мертвого» времени К2 (управляется программно);
источник опорного напряжения REF;
тактовый генератор 100 кГц (реализован программно);
формирователь треугольного напряжения R4, C3;
проблесковый ключ VT2;
клавиатура управления S1 – S4.
Тактовый генератор подает на выход RB0 микроконтроллера меандр частотой 100 кГц. Цепочка R4C3 формирует из этого меандра треугольное напряжение амплитудой 100 мВ. Это напряжение через конденсатор С2 подается на вход RA2 микроконтроллера. Микроконтроллер программно сконфигурирован таким образом, что неинвертирующие входы, компаратор К1 и К2, а также выход источника опорного напряжения REF подключены к выводу RA2. Напряжение внутреннего опорного источника микроконтроллера можно переключать программно. При этом для выбранного режима работы REF оно может ступенчато изменяться в пределах от 1,25 до 3,6 В с шагом 150…160 мВ и числом шагов подстройки 16. Для того, чтобы уменьшить величину шага подстройки опорного напряжения, применены резисторы R2 и R3, которые шунтируют выходное сопротивление внутреннего источника REF. В результате на неинвертирующие входы компаратор К1 и К2 подается постоянное напряжение +2,5 В, которое программно можно ступенчато изменять в пределах ±180 мВ, причем на это напряжение наложено треугольное напряжение с амплитудой 100 мВ.
На инвертирующий вход компаратора через делитель R7R8 подается выходное напряжение мощного преобразователя, и компаратор К1 формирует на своем выходе широтно-модулированный сигнал. Этот сигнал подается затвор силового ключа VT1.
Для работы повышающего преобразователя необходимо, чтобы силовой ключ VT1 переключается при напряжениях на выходе преобразователя, меньших номинального. Компаратор К1 при таких напряжениях просто откроет ключ VT1, и переключения не будет. Для формирования импульсов управления в таком режиме применен компаратор «мертвого» времени К2, выход которого выполнен по схеме с открытым стоком. На инвертирующий вход этого компаратора выдается программно формируемый сигнал блокировки, который переводит выход компаратора в состояние лог. 1. В цепи затвора силового ключа образуется логический элемент «монтажное ИЛИ», который формирует сигнал управления ключом.
Сигнал блокировки жестко привязан по времени к тактовому сигналу 100 кГц и обеспечивает в каждом цикле закрывание ключа на 1 мкс.
Проблесковый ключ VT2 управляется от выхода RB2 микроконтроллера. На этом выходе формируется импульс лог. 1 длительность от 0,1 до 1 с и частотой 0,33 Гц. Казалось бы, что для управления можно было использовать сигнал блокировки, а ключ VT2 исключить, поскольку сигнал блокировки позволяет остановить работу повышающего преобразователя. Однако выяснилось, что при свежих батареях питания и выключенном мощном преобразователе, на светодиодный фонарь через диод VD2 подается напряжение, достаточное для заметного свечения светодиодов.
Клавиатура выполнена на кнопках S1 – S4. Кнопками S1, S2 задается выходное напряжение внутреннего источника REF. Кнопками S3, S4 задается длительность импульса управления проблесковым ключом десятью ступенями по 0,1 с каждая.
Специальной схемы защиты по току источник не имеет, так как из – за большого внутреннего сопротивления батарей ток короткого замыкания выхода источника не превышает предельно-допустимые величины токов использованных транзисторов и диодов.