IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В работе описаны особенности топологии и расчёта драйвера светодиодов общей мощностью 30 Вт на основе микросхемы LM3429. Все расчёты выполнены в среде MathCad. В соответствии с условиями разработки уточнена топология и произведён расчёт параметров элементов схемы драйвера управления светодиодным автономным освещением.

Условия разработки:

• напряжение питания от 10,5 до 13,8 В (осуществляется от аккумулятора,

который заряжается от отдельных солнечных батарей; на схеме не указаны);

• мощность потребления 30 Вт;

• коэффициент полезного действия не менее 90%;

• защита от обрыва и короткого замыкания в нагрузке;

• реализация условий минимума себестоимости изделия.

Параметры применяемых светодиодов:

• номинальный ток диода ………………………………….. 700 мА;

• падение напряжения в холодном состоянии …………….. 3,35 В;

• падение напряжения в установившемся режиме. …………. 3,2 В.

Для удовлетворения условий заданных мощности и КПД драйвера необходимо питать светодиоды напряжением, которое больше напряжения питания (т.к. _), либо использовать несколько параллельно включённых цепочек светодиодов. Во втором варианте из-за разброса параметров светодиодов и различия в условиях их охлаждения необходимо контролировать ток в каждой цепочке, что требует использования либо нескольких одноканальных, либо одной многоканальной микросхемы драйвера, что увеличивает себестоимость устройства. Поэтому при отборе рассматривались только микросхемы, которые способны работать в топологиях повышения напряжения.

Контроль тока нагрузки осуществляется путём управления средним значением падения напряжения на резисторе, включённом последовательно с нагрузкой (датчике тока). Для выполнения условий минимума энергетических потерь в датчике тока при отборе рассматривались микросхемы драйверов, способные поддерживать наименьшее напряжение датчика тока. В результате анализа была отобрана микросхема драйвера LM3429 компании Texas Instruments, имеющая следующие основные характеристики:

• напряжение питания: 4,5-75 В;

• возможность регулировки величины напряжения датчика тока;

• защита от перенапряжения на выходе;

• защита от короткого замыкания в каждом цикле;

• максимально допустимая рабочая частота драйвера – 2 МГц;

• встроенная температурная защита.

Результатами исследования являются выбор топологии и рассчитанные в программе MathCad параметры элементов схемы драйвера:

Количество светодиодов………………………….…… 13 шт;

Максимальное напряжение на светодиодах

(для холодных светодиодов)………………….. 43,5 В;

Минимальное напряжение на светодиодах

(в установившемся тепловом режиме)………. 41,6 В;

Коэффициент заполнения ШИМ на затворе полевого транзистора:

Максимальный………………………………….. 0,756;

Минимальный………………………………..…. 0,668;

Средний ток светодиодов………………………..…. 0, 654 А;

Индуктивность дросселя………………………..… 26,5 мкГн;

Эффективное значение тока дросселя…………..…… 2,72 А;

Сопротивление датчика тока…………………..….. 0,033 Ом;

Ёмкость входного конденсатора………………..…... 10 мкФ;

Тепловая мощность рассеяния диода……………….. 0,39 Вт;

КПД драйвера………………………………..……….. 0,962.

Рисунок 1 – Принципиальная схема драйвера.

Список использованной литературы

1. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3429-q1.pdf

2. Паврозин А.В., Зинченко О.И., Сергеев В.А. Расчёт нелинейного ограничителя перенапряжений средствами математического пакета «MathCAD» // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 5-3. – С. 350-354; URL: http://www.eduherald.ru/ru/issue/view?id=151

3. Паврозин А.В., Фабрицкий А.С., Тимченко Ю.Н., Черкасский П.А. Использование шим-контроллера TL494 в генераторе прямоугольных импульсов с возможностью независимой плавной регулировки частоты и скважности // Материалы региональной научно-практической конференции «Научный потенциал вуза – производству и образованию». – Армавир, 2013. – С. 46-49.

Код для цитирования: Скопировать