Merhaba.
Daha önce LED panel ve SMPS yazılarımda bahsettiğim Masaüstü Akım Ayarlı LED Lamba projesinin 3. PCBsinin montaj ve çalışma mantığını anlatım için bu yazıyı yazıyorum. Bu yazıda maksat hem projenin montajı ile ilgili hem de devrenin çalışma mantığı ile ilgili bilgileri paylaşmak.
Yukarıda tasarım görseli olan devrede 2 adet TPS5410, LM358, MCP4014 ve akım sezici dirençler var.
Daha önce LED panel ve SMPS yazılarımda bahsettiğim Masaüstü Akım Ayarlı LED Lamba projesinin 3. PCBsinin montaj ve çalışma mantığını anlatım için bu yazıyı yazıyorum. Bu yazıda maksat hem projenin montajı ile ilgili hem de devrenin çalışma mantığı ile ilgili bilgileri paylaşmak.
PCBnin dizilmiş hali
Devrenin montajına geçmeden önce akım ayarlama kısmının çalışma prensibinden bahsetmek istiyorum.
Devrede temel olarak bir switching converter TPS5410 var. TPS burada akım ayarlama için anahtarlama ile görevli. Akım ayarlama kısmı ise şöyle çalışıyor.
Ledlerin - (eksi) ucu paralel bağlı 2 adet 200 miliohm direnc ile ground'a bağlanıyor. Bu sayede ledler üzerinden geçen akım direnc üzerinde bir voltaj oluşmasını sağlıyor.
Hesap yapmaya buradan başlıyoruz.
Minimum akım 75mAh olsun istiyorum.
voltaj=akım x direnç formülünden
voltaj =75mAh x 0.1 OHM = 0,075 x 0.1=0.0075 volt.
Maksimum akım 800mAh olsun istiyorum.
voltaj=0.8 x 0.1 = 0.080 volt.
Yani minimum değerim 7.5 milivolt, maksimum değerim 80 milivolt.
Bu değerler bizim için önemli.
TPS5410 çıkış voltaj ayarı yapabilmek için VSense pininde 1.22 volt görmek ister.
TPS nin datasheetinden aldığım görselde 4 nolu pin VSens pini. Bu pinde 1.22 volt düştüğü zaman TPS kesime gider ve voltaj 1.22nin altına düştüğü zaman tekrar anahtarlama yapmaya başlar.
Yapılan revize 12 volt çıkıştaki dirençler kaldırılarak aşağıdaki devre eklemektir.
Ledler üzerinden istediğim akım geçtiğinde VSense pininde 1.22 volt değer düşecek şekilde hesaplama yapıp devreyi kuralım.
Şimdi yukarıda başladığımız hesaplamaya devam edelim.
Min akım değerinde 7.5 milivolt, maksimum akım değerinde 80 milivolt değerlerimiz var.
Biz opamp kazancını minimum ve maksimum değerleri ( ve aradaki değerleri ) yükseltip 1.22 volta çıkaracak şekilde düzenlemeliyiz.
Akım değeri minimumda iken Vsense pininde 1,22 Volt oluşması için
Opamp Kazancı = 1,22Volt / 0,0075 Volt = 162,66
Akım değeri maksimum da iken Vsense pininde 1,22 Volt oluşması için
Opamp Kazancı = 1,22 Volt / 0,08 Volt = 15,25
Biz 10K değerindeki digital pot ile 0-10k arasında ayarlama yapabiliyoruz.
Pot değerimiz minimumda olunca kazancımız 162,66, pot değerimiz maksimumda olunca kazancımız 15,25 olsun istiyoruz.
Basit bir denklem yazarsak
Yukardaki devrede R3 olarak isimlendirilen direnç, devremizde minimum akımı belirleyecek olan ana unsur.
Minimum akım değeri için:
(R3 + 0 + 75) *162,66 = (R3 + 10.000+ 75 )* 15,25
( denklemin sol tarafındaki 0+75 ve sağ taraftaki 10.000+75 dijital potun minimum ve maksimum değerleri ve sabit viper değeridir.)
162,66 * R3 + 12199 = 153643 + 15,25 * R3 taraf tarafa sadeleştirirsek.
147,41 *R3= 141444
R3 = 959 Ohm
910 ohm yada 1K kullanılabilir.
R1 ve R2 dirençleri için hesaplama yaparsak
Opamp kazancı 1 + (R1+R2) / R3 olacak.
162,66 = 1+ (R1+R2) / R3
161,66 = (R1 + R2 ) / 959
R1+ R2 = 155031 Yaklaşık Eşittir 150K
Sağlama yaparsak:
(959+75)*162,66 = (10000+75+959) * 15,25
168190 ≈ 168268 Fark %1 in altında.
Devre gerçekleştirildikten sonra deneme yanılma yolu ve hesaplama - düzeltme yapılarak akım aralıkları istenen seviyelere çekilebilir.
Daha önce de bahsettiğim gibi bu pcblere PCBWAY dolaylı olarak sponsor oldu. Bu projedeki 4 adet PCBnin üretim ve kargosu 33$ tuttu. Daha önceki yazılarımda deneyimlerimi paylaşarak (Share Experience) toplamda PCBWAYden 85$ bonus ve %1 indirim aldım. Bu sayede bu set içindeki 4 pcb ve bu yazıyı yazarken siparişini beklediğim 3 pcb daha PCBWAY tarafından karşılanmış oldu. Ticari bir kaygım yada maddi bir gelir beklemeden hobi olarak yaptığım bir iş için sponsor bulmak benim için çok güzel bir olay.
PCB montajını yaptıktan sonra bir düzensizlikle karşılaştım. Düzeltmek için arkadaşlarımın önerilerini denedim ama net bir çözüm bulamadım.
Akım ayarlarken 500mAh değerinden sonra ledlerin kırpışmaya , yanıp sönmeye başladı.
Devrenin çalıştığını enazından akım ayarlama kısmının çalıştığını biliyorum Çünkü daha önce iki ayrı yerde devre çizip kullandım ve istediğim akımları elde ettim.
Şimdilik suçlu 570Khz çalışma frekansı ile çok yüksek freklansta anahtarlama yapan TPS5410 ile MCP4014 ün arasında anlaşmazlık gibi duruyor. Yüksek frekanstan kaynaklı, entegre içindeki mosfetlerin gate kapasiteleri, frekansa bağlı olarak kaçak akımlara sebep oluyor ve bu da devrenin çalışmasını sekteye uğratıyor. MCP4014 devreden çıkıp yerine değerinde direnç bağlayınca devre düzgün çalışıyor. Ben de bunun üzerine hatanın sebebini araştırmaya devam etmekle beraber projeyi bitirebilmek adına PCB revizesi yapıp daha önce çalışan devrem olan akım ayarlama kısmını LM2596 ile tekrar çizip pcb üretimine PCBWAY'e gönderdim.
Sorunu çözemeye (ve burdan paylaşmaya ) çalışacağım. Pcbler gelince hem 2 devre arasındaki farkı hem de yeni devrenin performansını karşılaştırıp bu yazıyı revize edeceğim.
Faydalı olması umuduyla.