抽几安培电流持续 100 微秒

电器工程 引领 电池 当前的 促进
2022-01-17 23:48:00

我想将 4-5 A 的电流泵入大功率 LED 100 µs。我的系统只有一个 3.3 V 的电池,这个 100 µs 的高功率事件每 10 秒发生一次。

在不破坏电池的情况下做到这一点的最佳方法是什么?

下面的答案非常好。但是,我正在寻找可以使用和测试的示意图。

更具体的要求:

  • 电池:锂离子
  • 电流 5A
  • 脉冲持续时间:100 µs
  • 脉冲上升时间 <100 ns
  • 脉冲之间的最短时间 10 ms
  • 脉冲由来自控制器的 3.3 VI/O GPIO 控制
  • LED 两端的电压降为 3.5 V。理想情况下,我希望能够串联三个或更多(10.5 V 电压降)
  • LED数据表

奖金问题

如果您有更好的大角度在不可见范围内的 LED 推荐,请告诉我。


我已经实施了这个项目,除了漏电流外,它运行良好。无论我如何尝试,我都无法摆脱泄漏。我尝试了几种类型的运算放大器,在运算放大器的输出端添加了一个下拉电阻,等等。我最终关闭了运算放大器以减少泄漏。它有效,但不是很整洁。我很高兴听到专家对这种情况的看法。

4个回答

这是平均功率

功率 = 5 A×10.5 伏×100μ秒 / 10 毫秒 = 0.525 瓦。

几乎任何电池的平均功率都很容易。你只需要一家商店来适应脉搏。

一个会“下垂”的电容器在 100 倍时会说 0.5Vμs 必须是

C = 我×t / V = 5 A×100μ秒 / 0.5 V= 1000μF。

如果额定电压正常,超级电容在这里会做得很好。

E&OE

这是我能想到的最有效的方法。有一个MAX1682电荷泵可以在超级电容器上为您提供 6.6v 的电压。倍压器非常有效,可能超过 90%,但它们不能提供大电流。但是平均电流是多少?

5A * 100us / 10s = 0.05mA。

这完全符合 MAX1682 的 45mA 规格。

简要看一下数据表,我看不出有任何理由不能使用如此大的 C2 电容器。

感谢 Russell McMahon 关于电荷泵效率的建议。看起来基于电感器的解决方案会更有效,但需要更多组件。看看像MAX17067这样的东西。这还有一个好处是它可以产生三个串联 LED 所需的更高电压。今晚我会把它添加到示意图中。

闪光 1

现在是重要的一点。您会注意到没有限流电阻。电流限制将由 MCU 以危险的开环方式执行。您必须通过计算或反复试验(或两者兼而有之)来解决这个问题。

通过向 Q2 的栅极提供 PWM,您将能够将电感器用作高效的电流限制器。但是您不会以这种方式获得非常可靠的电流。这可能并不重要,只要 1) 在 100us 内向 LED 提供足够的功率,并且 2) LED 的电流限制没有被突破。

这是我在 Altium 中进行的模拟。我使用了一个5uH电感器(不是示意图中显示的 10mH)。我为门提供了 12us 的开启时间和 3us 的关闭时间。我没有使用 100uF 电容器,而是使用固定电压源。所以你可以期待一些电流下降。

使用电感器和 PWM 进行电流控制

红色是以安培为单位的电流,蓝色是 PWM 信号。您可以看到您在 20us 内接近 5A,之后保持非常接近。


如果你想要更好的电流调节,那么你可以添加一个检测电阻,并用它来反馈到 MOSFET。

闪光 2

这里我们有一个 0.5 欧姆的电流检测电阻。在 5A 时,这应该给我们 2.5v 的比较器负输入。这与底池的价值进行比较。如果电流太高,比较器关闭,反之亦然。开关速度将根据比较器的滞后而变化。如果速度太高,则可以通过在比较器输出和 + 输入之间添加几百 k 电阻来增加滞后(并降低开关速度)。

注意:您必须使用具有开漏输出的高速(<0.1us 传播延迟)比较器。您可能会看一下LMV7235,它可以从 Farnell以大约一磅的价格买到。


添加:

上面的电路假设只有一个 LED。如果你还想用3个串联,你可以用两个MAX1682给你13.2v。

此外,非常感谢 Telaclavo 对此的建议。


添加:

OP已声明:

  • 他希望电流的上升时间非常快
  • 对效率不感兴趣
  • 会有一个脉冲,或两个相隔 80us 的脉冲,然后是长时间的停顿
  • 想要一个简单、强大的电路

这是一个线性电流调节器电路。这仅是可行的,因为占空比非常低。如果占空比太大,该电路可能会使晶体管过热。

闪光 3

想法:

  • 来自 MCU 或 555 的高压将打开 LED。低电压将其关闭。
  • 使用分压器设置电流,或放入锅中以使其可调。或者使用数字电位器或 DAC,以便 MCU 可以改变它。
  • 在原理图中,电流设置为 3.3A。您可以将其设置为任何您想要的。
  • 我只画了一个 LED,但它是为了代表三个 LED。
  • 如果您只使用单个 LED,则将升压稳压器的输出电压设置为较低。
  • 出于安全原因,我建议使用基于 555 的脉冲发生器,因此保持电流打开会相当困难
  • 您还可以通过选择具有电流限制的升压调节器来使其更安全。因此,即使闪光灯保持打开状态,调节器也只会限制电流。
  • 我不能说开机时间是多少。这将取决于您接线的电感。
  • 您应该仔细布置 PCB 以避免 EMI。

焦耳窃贼可能是您问题的答案:它是一种升压转换器,您可以在其中打开与串联电感器的电路以产生高压。由于电源由电感器提供,因此您不必直接从电池提供电流。

当电压上升时,您必须调整电路以为 LED 提供适当的电流。

考虑所涉及的有效串联电阻 (ESR) 和功率传输中的损耗。

在最坏情况下的最大输入电平:

  • 正向浪涌电流,tp = 100 μs
  • IF = 5 A Vf = 3.5 V 标称!!
  • IF = 1 A Vf = 2.0 V 标称 2.5 V 最大值
  • If = 0.2 A Vf = 1.5 V 标称值

同样根据 LED 规格,计算 ESR [mΩ]

Vf ... 如果[A] .... . . ΔV/ΔI

  • 3.5 . . . 5
  • 2.8 . . . 3. . . 0.7/2 => 350 毫欧
  • 2.0 . . . 1. . . 0.8/2 => 400 mΩ
  • 1.5 . . . 0.2 . . . 0.5/0.8 => 625 mΩ
  • 1.1 . . . 0.001 。. . 0.4/.2 => 2000 mΩ

(ESR的粗略估计)

  • 随着电流的增加,ESR 急剧下降。
  • 您需要一个带有电容器和开关的电源,ESR < ~10% of 350 mΩ = 35 mΩ。

现在去找一个合适的低 ESR 电容器和总开关。

也许用扼流圈将电池 ESR 解耦,以将电流限制在其规格范围内。并使用合适的熔断器以防止电池失效。

  • 这些是< 15 mΩ的低 ESR 0.40 美元开关,具有 10 V 驱动 35 A [FDD8778CT]
  • 这些是低 ESR 0.40 美元的电容器~7 mΩ,CAP ALUM 68 µF 16 V 20% Thru-hole
  • 根据需要选择更大的 µF 值。

假设您可以管理锂离子电池的充电,请选择 4 个 3 V 电池,用于 LED 上的 12 V 电压,并在接地上方串联一个 awitch。

您可以使用 5 V 或更好的 12 V 驱动,因此晶体管可以放大 3 V 输出以获得 12 V 输出,以驱动 MOSFET 从三个 LED 11.5 V 获得 5 A,而 12 V 锂离子源的压降为 0.5 V . 您应该使用串的 ESR 和添加的电阻器来设计整体电流限制以优化值,即 0.4 V 压降@5 A < 100 mΩ 非线绕电阻器。

电容器穿过锂离子电池串,可能插入了微保险丝和铁氧体扼流圈,以实现良好的实践。

你能用电池组中最低的锂离子电池在 3 V 下运行 PIC 吗?具有 3 个 12 V 的 LED,具有 12 V 栅极驱动和 5 A 受控熔断脉冲到 LED。

有图片吗?

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