Микросхема LTC3454 — это компактный, надёжный, высокоэффективный, синхронный, понижающе-повышающий драйвер для питания одного мощного светодиода. Основное применение — питание одного светодиода от одного литий-ионного аккумулятора.
Рассмотрим преимущества микросхемы:
- Мостовая топология Buck-Boost, позволяющая как понижать, так и повышать выходное напряжение, а также работать когда напряжения на батарее и на нагрузке равны;
- Встроенные полевые транзисторы;
- Защита от КЗ в нагрузке, от обрыва нагрузки;
- Мягкий запуск (настраиваемый);
- Выходной ток до 1А (настраиваемый);
- Работает при входном напряжении от 2,7В;
- Защита от перегрева;
- Высокий КПД;
- Управление при помощи логических уровней, например, от микроконтроллера;
- Низкое потребление в спящем режиме.
Недостатки тоже есть:
- Нельзя управлять ШИМ сигналом (вернее можно, но через ж…), поэтому выходной ток задаётся аппаратно (внешними резисторами);
- Мелкий корпус;
- Высокая цена и редкая «доставабельность».
Схема выглядит следующим образом:
Выходной ток LTC3454 задаётся при помощи двух внешних резисторов R5 и R6. Почему именно 2 резистора? Потому что микросхема имеет 2 режима, и каждый резистор задаёт ток только своего режима. Режимы активируются подачей логического уровня «1» на ножки «EN1» и «EN2». Если подать логический уровень «1» на обе ножки «EN1» и «EN2», то включатся оба режима, и общий выходной ток будет равен сумме токов режимов 1 и 2. Например, если задать ток 1-го режима 200 мА, а 2-го режима 500 мА, то при включении обеих режимов, общий ток будет 700 мА.
Выходной ток каждого режима рассчитывается по формуле:
I_led = 3850 * (0.8 / R_iset)
Сопротивление резистора «R_iset» указывается в килоомах, выходной ток «I_led» получается в миллиамперах.
Рассчитал токи, вот что получилось:
3850 * (0.8 / 30) = 102,6 мА (первый режим)
3850 * (0.8 / 15) = 205,3 мА (второй режим)
102,6 + 205,3 = 307,9 мА (оба режима вместе)
Для удобного управления драйвером я применил AVR микроконтроллер ATtiny13A, работающий на тактовой частоте 128 кГц (для минимизации энергопотребления). Он будет выполнять следующие задачи:
- Включение/отключение питания (по нажатию кнопки);
- Переключение режимов (по удержанию кнопки);
- Отключение питания при разряде аккумулятора (автоматически).
Программа микроконтроллера написана в среде «AVR Studio 5». Напряжение разряженного аккумулятора, при котором автоматически отключится драйвер, задаётся соответствующей прошивкой. В конце статьи прилагается набор прошивок под напряжения 3,1…3,6 Вольт.
Фото собранного драйвера:
Размеры:
Подключил к светодиоду:
Нажимаем на кнопочку…
Вуаля! Работает! После запуска драйвера, я сразу же протестировал ряд защит, заявленных в даташите:
- От КЗ в нагрузке;
- От обрыва нагрузки;
- От слишком низкого напряжения питания (Under Voltage Lock Out, UVLO).
Многократные короткие замыкания микросхема перенесла как ни в чём не бывало. При понижении напряжения питания — микросхема исправно уходит в спящий режим. А вот при обрыве нагрузки — микросхема тут же полетела. Пришлось перепаивать. Второй раз на обрыв нагрузки я её не проверял, т.к. микросхема не дешёвая, и купить её можно далеко не в каждом магазине.
Пара строк о КПД драйвера в режиме понижалки:
|
Напряжение питания, В |
Ток потребления, А |
Потребляемая мощность, Вт |
Напряжение падения на светодиодах, В |
Ток через светодиоды, А |
Мощность на светодиодах, Вт |
КПД, % |
| 4,2 | 0,08 | 0,336 | 2,94 | 0,108 | 0,31752 | 94,5 |
| 4,2 | 0,17 | 0,714 | 3,16 | 0,212 | 0,66992 | 93,8 |
| 4,2 | 0,28 | 1,176 | 3,33 | 0,310 | 1,0323 | 87,7 |
А вот КПД в режиме повышалки:
|
Напряжение питания, В |
Ток потребления, А |
Потребляемая мощность, Вт |
Напряжение падения на светодиодах, В |
Ток через светодиоды, А |
Мощность на светодиодах, Вт |
КПД, % |
| 3,0 | 0,11 | 0,33 | 2,94 | 0,104 | 0,30576 | 92,6 |
| 3,0 | 0,25 | 0,75 | 3,18 | 0,216 | 0,68688 | 91,5 |
| 3,0 | 0,43 | 1,29 | 3,39 | 0,336 | 1,13904 | 88,3 |
КПД меня более чем устроил, а размеры платы при желании можно уменьшить до «пятирублёвой» монеты, если все компоненты располагать с одной стороны платы 🙂
Источник опорного напряжения (ИОН) MCP1525-I/TT можно заменить на любой из аналогов:
- ADR381
- CAT8900B250TBGT3
- ISL21010CFH325Z-TK
- ISL21070CIH325Z-TK
- ISL21080CIH325Z-TK
- ISL60002BIH325Z
- MAX6002
- MAX6025
- MAX6035BAUR25
- MAX6066
- MAX6102
- MAX6125
- MCP1525-I/TT
- REF2925
- REF3025
- REF3125
- REF3325AIDB
- TS6001
Управление драйвером реализовано в точности так же, как в моём предыдущем проекте. Отличие только в том, что на выходе микроконтроллера не ШИМ, а комбинации логических сигналов. Когда девайс выключен, микроконтроллер уходит в спящий режим, и потребляет примерно 0,1 мкА. Для демонстрации работы девайса я снял небольшое видео.
Ниже можно скачать пробную версию прошивки с ограничением по времени работы 10 минут. По истечении тестового времени, гаснет светодиод и блокируется управление. После переподключения аккумулятора, вновь получаем 10 минут тестового времени. Прошивка без ограничений предоставляется по запросу, пишите в личные сообщения.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | МК AVR 8-бит | ATtiny13A | 1 | SOIC-8w | ||
| IC2 | ИС источника опорного напряжения | MCP1525 | 1 | SOT-23 | ||
| IC3 | LED драйвер | LTC3454 | 1 | DFN-10 | ||
| C1, C3 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | SMD0603 | ||
| C2, C5-C8 | Конденсатор | 5 мкФ | 5 | SMD 0805 | ||
| C4 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | SMD 0805 | ||
| R1, R2 | Резистор | 2…10 кОм | 2 | SMD 0805 | ||
| R3, R4 | Резистор | 50…500 Ом | 2 | SMD 0805 | ||
| R5* | Резистор | 30 кОм | 1 | SMD 0805 | ||
| R6* | Резистор | 15 кОм | 1 | SMD 0805 | ||
| L1 | Катушка индуктивности | 5 мкГн | 1 | SMD | ||