Inductor y Led, ¿En serie o en paralelo (inverso)?

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Estoy usando un YX8018 IC. Es un diseño de refuerzo de conmutación básico destinado a impulsar un solo AA recargable (1.2 V) a un led blanco (3.3 V), con carga de panel solar. Según la hoja de datos (en chino, no muy detallada) y este desglose por Analog Devices Esta es la configuración interna. Un oscilador simple emparejado con un inductor. Un conmutador DC-DC típico para luces solares, nada especial. Esto lo consigo.

Tienedosconfiguracionesrecomendadas.Elprimerotieneelinductoryelledenserie.Elinductorsecargaconlabatería,secambiaconLXysevuelcaatravésdelledhacialabatería.

Peroelsegundotieneelledatravésdelinductor.

Desde el desglose analógico:

  

En la figura 2, los impulsos de corriente del inductor regresan a la batería a través del LED hacia el lado de tierra de la batería. También podemos conectar el LED a través del inductor para que la corriente del inductor regrese directamente al inductor.

Esto no lo entiendo.

Supongo que el punto es volver a colocar la corriente en el inductor para que aumente de nuevo (¿un ciclo de rendimientos decrecientes pero mejor que desperdiciarlo?) o se carga más rápido?

¿Cuál de estas dos configuraciones es mejor? ¿O cada uno tiene sus pros y sus contras? Si es así, ¿qué son?

Una cosa que noté en la hoja de datos del IC, es que la segunda es preferida cuando tienes 2 baterías en serie (2.5V) en comparación con la primera que es para 1 batería (1.2V)

    
pregunta Passerby

2 respuestas

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Dado que la impedancia de una batería es esencialmente corta, en ese sentido de operación no hay mucha diferencia. Su sitio web menciona que uno incluye la batería en la ruta de descarga y que el otro no. Esa es la diferencia entre ellos, creo.

En el caso de 1.2V, con un LED blanco de 3.3V que mencionas, el inductor (cuando el pin LX libera ese extremo) volará hasta un voltaje suficiente para mantener la corriente momentánea que fluye en el inductor. Dado que la batería ya es de 1.2V, esto será un poco más de 2.1V. De modo que el voltaje del inductor se acumula encima del voltaje de la batería para proporcionar suficiente para operar el LED a 3.3V.

Debido a que solo hay 2.1V en todo el inductor, la corriente disminuye de acuerdo con \ $ \ frac {dI} {dt} \ approx \ frac {2.1V} {L} \ $. A medida que la corriente a través del LED disminuye un poco, la tensión a través de ella también disminuirá un poco, disminuyendo la tasa de cambio en la corriente del inductor. Pero eventualmente, llegará a cero.

Para el caso de 2.5V, el inductor solo recibe alrededor de un poco más de 0.8V para comenzar. Esto es porque eso es todo lo que se necesita para agregar al voltaje de la batería de 2.5V (si usa la configuración del primer circuito). Por lo tanto, esto implica \ $ \ frac {dI} {dt} \ approx \ frac {0.8V} {L} \ $, que es una tasa de disminución más lenta. Ese podría ser un problema dado el oscilador que usan; demasiado lento de una disminución para cumplir con el tiempo deseado. Colocar el LED directamente sobre el inductor significa que el inductor mantendrá casi toda la 3.3V a través de sí mismo, mientras que la corriente disminuye y eso es más que lo suficientemente rápido para sus propósitos.

Al igual que usted, no sé mucho acerca de ese IC. Así que hay algunas conjeturas arriba. Pero quizás eso ayude un poco.

Ahora intentemos ser cuantitativos. Encontré un sitio web (el suyo y otro) que dice que la velocidad del oscilador es de aproximadamente 200 kHz cuando se ejecuta en 1.2V. (También podríamos inferirlo a partir de la hoja de datos, que es probablemente la forma en que otros determinaron el valor). Así que usemos eso y veamos a dónde nos lleva.

A 200 kHz, cada ciclo es de aproximadamente 5 \ $ \ mu \ $ s. Si asumimos, ignorantes de mejor, que el ciclo de trabajo es del 50%, entonces eso es 2.5 \ $ \ mu \ $ s para cada medio ciclo. Una mitad se utilizó para conectar a tierra un extremo del inductor para cargarlo y la otra mitad para permitir que el inductor descargue su energía.

Reclaman una cifra de 21mA utilizando un inductor de 68 \ $ \ mu \ $ H. Con 2.5 \ $ \ mu \ $ s el tiempo para cargar utilizando 1.2V, eso implica una corriente máxima de aproximadamente \ $ \ frac {1.2V \ cdot 2.5 \ mu s} {68 \ mu H} \ approx 44mA \ $. Suponiendo una disminución uniforme a cero, eso sería un promedio de 22 mA a través del LED. Indican 21mA, así que eso es bastante cercano y representa una pequeña pérdida allí. Con 2.1V a través del inductor durante la descarga, esto tomaría \ $ \ Delta t = \ frac {68 \ mu H \ cdot 42mA} {2.1V} \ approx 1.36 \ mu s \ $. Eso es bueno, porque solo hay 2.5 \ $ \ mu \ $ s disponibles.

Pero con un voltaje mucho menor (0,8 V) en todo el inductor, creo que se puede ver que puede llevar mucho más tiempo. Por lo tanto, tiene sentido conectar el LED a través del inductor en este caso para que la velocidad de descarga sea lo suficientemente rápida, creo.

Acabo de "saludar con la mano" un poco en la oración anterior. En ese caso, ahora estamos hablando de una fuente de voltaje de 2.5V. Así que resolvamos eso, ahora, de una manera más cuantitativa usando la razón en el camino.

Mirando de nuevo la hoja de datos, encuentro que enumeran 14.6mA de corriente promedio para el caso de 68 \ $ \ mu \ $ H y 2.5V. Utilicemos eso para estimar aproximadamente el tiempo de carga suponiendo que un voltaje más alto puede hacer funcionar el oscilador a una velocidad mayor (no hay nada en la hoja de datos que lo diga, pero supongamos que es cierto por ahora) y sospecho que sí. cierto.) En este caso, la corriente pico es el doble del promedio, por lo que calculamos \ $ \ Delta t = \ frac {29.2mA \ cdot 68 \ mu H} {2.5V} \ approx 800ns \ $. Dadas algunas ineficiencias, llamémoslo 833ns por medio ciclo, o 1.666 \ $ \ mu \ $ s por ciclo. (Esta es una frecuencia de 600 kHz). Suponiendo que tenemos este derecho, entonces resulta que la corriente promedio es lo que dice la hoja de datos (por definición, ya que asumimos que las cosas lo hacen así). Ahora, si se dejara el LED conectado a la forma antigua, entonces solo habría 0.8V a través del inductor. Por lo tanto, tomaría \ $ \ Delta t = \ frac {68 \ mu H \ cdot 29.2mA} {0.8V} \ approx 2.48 \ mu s \ $ para su descarga. Esto no está bien. Sólo hay 833ns disponibles. Pero si conectamos el LED a través del inductor, entonces el voltaje del inductor será de 3.3V durante la descarga y tomará \ $ \ Delta t = \ frac {68 \ mu H \ cdot 29.2mA} {3.3V} \ approx 602ns \ $ al alta. Y esto encaja perfectamente dentro del tiempo permitido en el medio ciclo.

Todo parece tener sentido para mí. Creo que la parte produce unos 200 kHz a 1.25 V y unos 600 kHz a 2.5 V. No tengo una parte que usar para probar eso. Pero sospecho que una prueba lo confirmaría, si la hoja de datos es precisa. Y no tengo ninguna razón para dudarlo por ahora.

    
respondido por el jonk
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Eso es exactamente lo que está ocurriendo en ambas topologías. Mire el pin Vdd y el pin LX.

Ahora considere que el pin LX es el Drenaje de un FET. En ambas situaciones, el FET lleva el terminal del inductor a 0 V y facilita la carga. Cuando se abre el FET, la corriente debe conmutar al LED.

Enlaprimeratopología,lacorrientefluyeatravésdelabatería.

Las 2as ruedas libres alrededor de un lazo de cero voltios del inductor

Ambos aumentarán si Vbat < Vled como una vez que el inductor está cargado & los FET abiertos, el voltaje del Inductor debe aumentar para superar la caída de voltaje hacia adelante del LED.

En la primera topología, el voltaje de los inductores debe aumentar a Vled + Vbat

En la segunda topología, el voltaje de los inductores solo necesita subir a Vled

¿Ventaja de uno sobre el otro? En realidad no, ambos son viables. ¿Desea que la corriente vuelva a la batería o que circule alrededor del inductor?

    
respondido por el JonRB

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