Bombeando alguns amperes por 100 µsec

Gostaria de bombear 4-5 A para um LED de alta potência por 100 µs. Meu sistema possui apenas uma bateria de 3,3 V e esse evento de alta potência de 100 µs ocorre uma vez a cada 10 segundos.

Qual é a melhor maneira de fazer isso sem perturbar as baterias?

A resposta abaixo é muito boa. No entanto, estou procurando um esquema que eu possa usar e testar.

Requisitos mais exatos:

• Bateria: Li-ion
• Atual 5 A
• Duração do pulso: 100 µs
• Tempo de elevação do pulso <100 ns
• Tempo mínimo entre pulsos 10 ms
• Os pulsos são controlados com um GPIO 3.3 VI / O de um controlador
• A queda de tensão no LED é de 3,5 V. Idealmente, eu gostaria de poder colocar três ou mais em série (queda de tensão de 10,5 V)
• Folha de dados para o LED

Pergunta bônus

Se você tiver uma recomendação melhor de LED com um ângulo grande que esteja na faixa invisível, entre em contato.

Eu implementei este projeto e ele funciona bem, exceto a corrente de fuga. Não importa o que eu tentei, não consegui me livrar do vazamento. Tentei alguns tipos de opamps, adicionei um resistor pull-down à saída do opamp, etc. Acabo desligando o opamp para cortar o vazamento. Funciona, mas não é muito elegante. Eu ficaria feliz em ouvir o que os especialistas pensam da situação.

Esta é a maneira mais eficiente em que posso pensar em fazê-lo. Há uma bomba de carga MAX1682 para fornecer 6,6v no super capacitor. O dobrador de tensão é bastante eficiente, provavelmente mais de 90%, mas eles não podem fornecer grandes correntes. Mas qual é a corrente média?

5A * 100us / 10s = 0,05mA.

Isso está bem dentro das especificações de 45mA do MAX1682.

De uma breve olhada na folha de dados, não pude ver nenhum motivo para não funcionar com um capacitor tão grande para C2.

Agradecemos a Russell McMahon pelos conselhos sobre a eficiência da bomba de carga. Parece que uma solução baseada em indutor seria mais eficiente, mas exigiria mais componentes. Dê uma olhada em algo como MAX17067 . Isso também tem o benefício de poder produzir a tensão mais alta exigida por três LEDs em série. Vou adicioná-lo ao esquema esta noite.

Agora a parte importante. Você notará que não há resistor limitador de corrente. A limitação atual será executada no estilo de circuito aberto perigoso pelo MCU. Você precisará acertar isso por cálculo ou tentativa e erro (ou ambos).

Ao fornecer PWM à porta do Q2, você poderá usar o indutor como um limitador de corrente eficiente. Mas você não terá uma corrente muito confiável dessa maneira. Pode não ter muita importância, desde que 1) seja fornecida energia suficiente ao led em 100us e 2) o limite de corrente do LED não seja ultrapassado.

Aqui está uma simulação que eu fiz no Altium. Usei um indutor de 5uH (não os 10mH mostrados no esquema). E forneci ao PWM 12us no horário e 3us no horário. Não usei o capacitor de 100uF, apenas uma fonte de tensão fixa. Então você pode esperar alguma queda atual.

Vermelho é a corrente em amperes e azul é o sinal PWM. Você pode ver que você chega perto de 5A dentro de 20us e fica bem perto disso depois disso.

Se você deseja uma melhor regulação de corrente, é possível adicionar um resistor sensor e usá-lo para alimentar o MOSFET.

Aqui temos um resistor de sensor de corrente de 0,5 ohm. Em 5A, isso deve nos dar 2,5v para a entrada negativa do comparador. Isto é comparado com o valor do pote. Se a corrente estiver muito alta, o comparador será desligado e vice-versa. A velocidade de comutação varia dependendo da histerese do comparador. Se a velocidade for muito alta, você poderá aumentar a histerese (e diminuir a velocidade de comutação) adicionando algumas centenas de resistores k entre a saída do comparador e sua entrada +.

Nota: Você deve usar um comparador de alta velocidade (<0,1us atraso de propagação) com saída de dreno aberto. Você pode olhar para o LMV7235 que é disponível a partir Farnell por cerca de uma libra.

Adicionado:

Os circuitos acima assumem apenas um LED. Se você ainda deseja usar 3 em série, pode usar dois MAX1682s para obter 13,2v.

Além disso, muito obrigado a Telaclavo por seus conselhos sobre isso.

Adicionado:

O OP declarou:

• Ele quer um tempo de subida muito rápido na corrente
• Não estou interessado em eficiência
• Haverá um único pulso, ou dois pulsos separados por 80us, depois uma longa pausa
• Quer um circuito simples e robusto

Aqui está um circuito que é um regulador de corrente linear . Isso só é possível porque o ciclo de trabalho é muito baixo. Esse circuito provavelmente superaquecerá o transistor se o ciclo de trabalho for muito grande.

Pensamentos:

• Uma alta voltagem do MCU ou 555 acenderá o LED. Uma baixa voltagem irá desligá-lo.
• Defina a corrente usando o divisor de tensão ou coloque-a em uma panela para ajustá-la. Ou use um pote digital ou DAC para que o MCU possa variar.
• No esquema, a corrente é ajustada para 3.3A. Você pode configurá-lo para o que quiser.
• Eu desenhei apenas um LED, mas ele representa três LEDs.
• Se você usar apenas um único LED, diminua a tensão de saída do regulador de impulso de acordo.
• Sugiro um gerador de pulso baseado em 555 por razões de segurança, por isso seria bastante difícil deixar a corrente ligada
• Você também pode torná-lo mais seguro escolhendo um regulador de impulso com limite de corrente. Portanto, mesmo que o flash permaneça ligado, o regulador limitaria a corrente de qualquer maneira.
• Não sei dizer qual será a hora certa. Isso dependerá da indutância da sua fiação.
• Você deve colocar o PCB com cuidado para evitar EMI.

Essa é uma potência média de

Potência = 5 A $\times$ 10,5 V $\times$ 100 $\mu$s / 10 ms = 0,525 W.

A energia média é fácil para quase qualquer bateria. Você só precisa de uma loja para acomodar o pulso.

Um capacitor que "cairá" diz 0,5V em 100 $\mu$s precisa ser

C = I $\times$ t / V = ​​5 A $\times$ 100 $\mu$s / 0,5 V = 1000 $\mu$F.

Uma supercap faria bem aqui se a tensão nominal estiver boa.

E&OE

Um ladrão de Joule pode ser a resposta para o seu problema: é uma espécie de conversor de impulso, onde você abre um circuito com um indutor em série para criar uma alta tensão. Como a energia é fornecida pelo indutor, você não precisa fornecer a corrente diretamente da bateria.

Você precisa ajustar o circuito para alimentar o LED com a corrente adequada quando a tensão aumentar.

Considere a resistência efetiva em série (VHS) envolvida e a perda na transferência de energia.

Na pior das hipóteses, níveis máximos de entrada:

• Corrente de sobretensão, tp = 100 μs
• IF = 5 A Vf = 3,5 V nominal !!
• IF = 1 A Vf = 2,0 V nominal 2,5 V máximo
• Se = 0,2 A Vf = 1,5 V nominal

Também a partir das especificações de LED, calcule ESR [mΩ]

Vf ... Se [A] ... . . V delta / I delta

• 3.5 . . 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 / 0,2 => 2000 mΩ

(Estimativa bruta de VHS)

• A ESR cai drasticamente à medida que a corrente aumenta.
• Você deseja uma fonte de energia com um capacitor e um interruptor ESR <~ 10% de 350 mΩ = 35 mΩ.

Agora vá encontrar um capacitor de baixa ESR adequado e comute o total.

Talvez desacople a ESR da bateria com um estrangulamento para limitar a corrente dentro de suas especificações. E use fusíveis adequados para evitar falhas na bateria.

• Estes são switches com baixo valor de ESR $ 0,40 <15 mΩ com uma unidade de 10 V 35 A [FDD8778CT]
• Estes são capacitores de baixo ESR $ 0,40 ~ 7 mΩ , CAP ALUM 68 µF 16 V 20% Orifício passante
• Escolha um valor µF maior, conforme necessário.

Supondo que você possa gerenciar o carregamento de baterias de íon de lítio, escolha células 4x 3 V por 12 V no LED e uma série ligada acima do solo.

Você pode dirigir com 5 V ou superior a 12 V, para que o transistor possa amplificar 3 V para obter 12 V para acionar o MOSFET e obter 5 A de três LEDs 11,5 V, com uma queda de 0,5 V da fonte de íons de lítio de 12 V . Você deve projetar o limite geral de corrente com um ESR da string mais um resistor adicionado para otimizar os valores, ou seja, queda de 0,4 V a 5 A <100 mΩ resistor não enrolado.

O capacitor atravessa a corda da bateria de íon de lítio com talvez um estrangulamento de microfuso e ferrite inserido para boas práticas.

Você pode executar o PIC a partir da bateria de íon de lítio mais baixa na string a 3 V? Com 3x LEDs de 12 V com um inversor de 12 V e pulso fusível controlado de 5 A para os LEDs.

Entendeu a foto?