E finalmente, após mais de três meses chegaram dois LED's de 10W comprados na China, para verificar o desempenho deles na iluminação, rendimentos, curva VI e etc projetei uma lanterninha, onde ela é alimentada por duas células de Li-Íon.
Como não tinha nenhuma dimensão desses LEDs, folha de dados nem nada, fiz o impensável, usei dimensões de outro LED para acelerar o roteamento das três placas e já aproveitar mandando junto com outros protótipos, mas já prevendo eventuais "ajustes" na placa que serve como suporte e dissipador para o mesmo.
O LED não tem rendimento 100%, logo ele esquenta, como não achei modelo térmico algum do mesmo, coloquei um dissipador um pouco diferente do usual, para que tivesse as dimensões de certo gabinete da Patola que tenho sobrando por aqui.
O sistema que contém o LED é composto por uma placa dupla face, onde a face que tem soldado/parafusado o LED é conectada com a outra face por meio de muitos fios de cobre, afim de aumentar a transferência de calor, onde essa face, recebe ar vindo de uma ventoinha de notebook que eu tinha guardada por aqui na sucata.
Ou seja, teríamos, por exemplo 60°C no LED e 55°C na face onde a ventilação é aplicada, além disso, o ventilador é fixado por outra placa, que forma uma espécie de sainduíche, onde também receberão a ventilação a princípio quatro resistores de baixa resistência.
Esse projetinho foi feito sem o LED, logo eu não poderia calcular exatamente o valor dos quatro resistores, eles são necessários para se fazer com que o controle de tensão aplicado no LED tenha uma faixa maior, e assim fazendo com que os valores calculados do potênciômetro e resistores ficassem mais fáceis de se encaixar nos valores comerciais.
No final foram usados dois resistores de 1 ohm em paralelo, totalizando 0.5 ohm, a tensão na bateria é alguns volts menor do que a necessária para se fazer o LED funcionar, logo usei um clássico MC34063 operando como conversor boost para se fazer o serviço.
Quanto ao indutor, foi calculado para ser igual ou um pouco superior a 34uH, e usando o circuito que fiz, a corrente máxima no led será de 800mA e a mínima de 280mA, como em meus cálculos, o fio disponível para enrolar o indutor trabalharia com densidade de corrente muito alta para o LED operando a 10W, diminuí um pouco a tensão para se evitar o aquecimento.
O indutor você deverá calcular de acordo com o seu núcleo disponível, verificando sempre, se não haverá saturação do núcleo, caso contrário adote outro núcleo com maior comprimento efetivo ou então reveja seu material e consequentemente tente diminuir o número de espiras.
As fórmulas usadas são encontradas em:
http://www.thornton.com.br/formulas.htm
A análise de estabilidade/modelagem do sistema dinâmico não foi feita, já que o MC34063 não implementa um PWM tradicional, onde o dente de serra é comparado com uma amostra da tensão de saída, mas sim ele opera com uma largura de pulso fixa, e, no caso da potência de saída ser menor que a necessária, o comparador atua apenas desligando o transistor, mas nesse caso para garantir a estabilidade do sistena dinâmico (conversor+Mosfet+Controlador PWM) foram tomados alguns cuidados:
-O capacitor de saída é de valor bem mais alto que o necessário, fazendo com que o ripple seja o menor possível, de tal forma a evitar que um evento relacionado ao ripple causado pela ESR do capacitor atue repetidas vezes no comparador, levando pulsos ao transistor, fazendo com que num caso extremo a entrada é limitada mas saída não seria limitada (instável pelo critério BIBO).
-Foi colocado um snubber para amortecer as oscilações causadas pelo circuito LC equivalente entre o indutor de potência e capacitâncias relacionadas ao dreno do mosfet e diodos, esse tipo de oscilação é de frequência muito maior que a do chaveamento, um ripple dessa natureza pode também levar facilmente à instabilidade.
Ou seja, o único modo desse sistema ser instável agora, depois de tomadas essas precauções, é ter margem de fase e ganho muito pequenas para frequências baixas.
O ciclo ativo "fixo" é evidenciado pelas fórmulas do datasheet:
Ao lado temos o dissipador e montagem do ventilador, a resistência térmica do conjunto foi obtida experimentalmente, fazendo com que a temperatura ficasse dentro da faixa aceitável (com a potência máxima no led) se fazendo uma limitação da corrente máxima obtida pelo ajuste do usuário.
Como a corrente de pico na chave era calculada em 2.7A, fica impossível se utilizar o transistor interno ao ci do conversor, nesse caso, foi colocado um mosfet IRFZ44n externo, com o resistor em paralelo com o gate, determinado pela equação diferencial de primeira ordem entre o resistor e o capacitor de gate, no instante da descida da tensão no gate.
Resistor calculado de forma a colocar o tempo de desligamento dele em menos de 5% do período no PWM ,quanto maior o tempo maior o aquecimento, é perda por chaveamento, se chegar perto do período o sistema pode ficar instável.
O esquema da coisa toda:
O micro ventilador que foi usado é de 5V, sua alimentação vem do 78L05.
O circuito já montado
Mas estas não foram as únicas contas feitas e refeitas, já que o conversor opera com uma bateria, logo as contas foram refeitas para várias situações de carga e também de consumo de corrente pelo LED, nesse caso, o ciclo ativo (D) foi retirado pelo pior caso.
A modelagem do led foi feita com apenas dois pontos, de onde surgiu o modelo bem simples, com um Zener de 8V ideal e um resistor de 1.9ohm em série, esse modelinho foi usado para se determinar qual o valor e potência do resistor em série com o LED, e também a tensão de saída máxima do conversor.
A modelagem do led foi feita com apenas dois pontos, de onde surgiu o modelo bem simples, com um Zener de 8V ideal e um resistor de 1.9ohm em série, esse modelinho foi usado para se determinar qual o valor e potência do resistor em série com o LED, e também a tensão de saída máxima do conversor.
Por enquanto é só!
Continue acompanhando o blog, logo estarei postando experiências com meu kit de desenvolvimento para FPGA e AVR!
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Bom fim de semana!
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