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原创 新品设计流水账篇一:电量去那儿

2018-7-18 13:52 3507 7 分类: 消费电子

  本文就像是流水账一般,给大家简单介绍一下LDO和DC2DC的差异,以及开发过程中出现的问题。

  这段时间一直在做一个小项目,类似于手电筒,但是要实现线性调光的功能,由于本人比较懒,不想去写单片机啊之类的程序,更因为考虑EMC容易过,再加上单节电池供电,2V输出,压降不大,所以最初选用调压LDO的方案,而不是恒压LDO+单片机+PWM调光的通用方案。

  LDO是线性稳压IC,高效率,低噪声,并且为了兼容选用最常用的10K的电位器,综合考虑选了圣邦微电子的一个LDO-Adj,只用到了100mA,所以很快就设计完成并定稿。

  由于电路的简单,EMC也是一次性通过。使用2200mAh的松下电芯供电,LDO输出最大110mA左右,亮度也达到了预期的要求,超过4000Lux。此时LED用的是PCB板,运行时温度都70℃左右了,为了防止LED烧坏,在LDO之前增加了一颗自恢复保险丝MF-NSMF012,额定120mA,保护电流350mA,正好适用与我的设计参数,但是加了以后,只能使用15H?!此时根据实际测试运行时间的差异,已经意识到自恢复保险丝因为自身稳态阻值较大会存在一定压降,影响整机寿命。

  好不容易定稿了,领导突然说亮度太低,至少要上万Lux,所以实验将老版本提高电压,虽然升压很简单,只改动一个反馈电阻,但是由于负载加重了,发热量大,不光LED撑不住,这颗LDO也进入了过温保护。虽然其参数上是能够满足500mA的输出,但是本体只能达到0.88W的功耗,压降较大时候本体发热较大,所以必须选择DC2DC的方案。与此同时,LED的背板也要改成铝基板。

  仍然没有加单片机,而是可调压的DC2DC方案,很快就改版出来试验通过。理论上说,输出2V 300mA,电池输出应该不到200mA,一节3450mAh的电池怎么也能工作十几个小时,结果只运行了5H?!what?什么情况?理论知识和实际不相符了!为什么用了DC2DC反而效率下降这么多?正常来说,DC2DC电路一般使用电感储能来实现电压转换,本身损耗很小,效率高到90%,应该使用时间更长才对?

  经过实际测量各个节点电压电流发现,此时使用的是MF-NSMF035,额定350mA,保护750mA的自恢复保险丝。规格书中描述额定0.3R,初始室温时候压降很小,通过电流后发热,其阻值逐渐达到4R左右,压降将近2V,这样电量一大半就被自恢复保险丝给消耗掉了,使DC2DC模块的输入电压大幅度降低,影响到了最终输出的稳定性。

  于是将这个保险丝换成了0R电阻,重新测试,300mA输出,3450mAh的电池可以运行14H,光通量>2W Lux,基本符合预期,也符合初中物理知识。使用铝基板以后,LED温度功率翻了三倍,但是温升反而降低了。

  结论如下:

  1、 LED是可以使用恒压控制的,要看具体场合,虽然恒压时候电流不可控,光通量不可控,而且电压电流光通量丝毫没有任何的线性关系,但是还是可以使用的。实际上用PWM调光也并不是线性可控的,由于电位器等器件差异,一样会存在光通量的差别。

  2、 低负载的条件下,LDO的效率会很高,有可能DC2DC可能还会差一点;但是在大负载的时候,就只能用DC2DC了,LDO本体的发热量会极大的限制其效率。

  3、 自恢复保险丝,还是用在高压场合或者低功耗场合吧!最开始由于只有100mA,发热不到0.1W,1206的封装一点问题都没有,但是到了300mA以后,功率起步翻了9倍,这种器件发热越大——阻值越大——发热越大,恶性循环,最终将300mA的设计电流限制到了200多才稳定下来,本体都已经烫手了,所以电池电量都被消耗到它身上了。另一个不好的事情是这种器件是非线性也非突变的,普通熔断保险丝是达到保护值快速断掉,这种器件是慢慢阻值增加然后限流,跟温度有关系,但又不是线性,阻值却一直不断,温度降度以后又恢复,所以使用的时候 不能简单看看规格书。希望我这次的实践能给大家以后的设计有一定参考价值,datasheet得来终觉浅。

  4、 国产的LED不一定不好,最初选用的是3030 1W的灯,国产的;调大功率以后本来想用飞利浦1713 2W的灯,结果悲哀的发现两家供应商给的样品都只能到600mA左右,而且光通量竟然和3030的一样,在14W Lux,功耗都两倍了,而年初的时候买的1713样品却可以轻松达到750mA,光通量可以达到20W Lux以上。所以无奈之下,放弃了1713的选型。不知道是假货还是飞利浦参数下降了。

  5、 必要时候,需要妥协某些设计参数,必要的时候也要设计很高的冗余。如果领导不要求改高亮,早就定稿了;如果一开始就选择DC2DC方案,也都不用改了;如果一开始就用铝基板,也不用改了……所以兼容性设计也是考验选型的重要因素,以后得好好注意这一点。


新品设计流水账篇一:电量去那儿

新品设计流水账篇二:ESD

新品设计流水账篇三:接地位置对辐射的影响

新品设计流水账篇四:铜箔降噪实验

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文章评论 6条评论)

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忆轻狂 2018-8-29 10:59

book_shine: DC-DC调节也是调的反馈电阻调节的LED的发光亮度吗?保险丝的选型比较重要,选型留有余量,考虑温漂?另外一些国产的DC-DC带有输出短路保护,负载短路后没有输出 ...
DC2DC是可调的,因为应用简单,所以没有用PWM的形式;且这个是医用的,所以尽可能不使用软件最好。一开始想用的是自恢复保险丝,300mA的电流时,用额定750mA的保险丝都因为温升而导致降流到了240mA,此时这个规格已经起不到保护的设计目的了。1206的封装,额定功率理论上可以满足需求,但是实际变化太大,增加散热效果并不理想,又不可能为了这个东西单独设计强散热,所以最终还是放弃了。DC2DC电路有过流保护,锂电池保护板也带了短路保护。

book_shine 2018-8-29 10:47

DC-DC调节也是调的反馈电阻调节的LED的发光亮度吗?保险丝的选型比较重要,选型留有余量,考虑温漂?另外一些国产的DC-DC带有输出短路保护,负载短路后没有输出。PWM调节也是调节的反馈电压后调节通过LED的电流,调节亮度。

費解〖HK〗 2018-8-5 16:06

自恢复保险丝可以告诉设计者,电路设计是否合理,运行状态是否正常,再不就是保险丝的规格是否选对。

peifangy 2018-7-28 08:59

通过实践提高理论知识,高人!

hzhuxin_960117684 2018-7-22 23:18

实际操作的,才是精华

Orima 2018-7-22 10:33

经验啊!!!!
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