Расчёт светодиодного драйвера на NCP3066 по схеме buck-конвертера

В этой статье вашему вниманию представлена почти официальная методика расчёта светодиодного драйвера на микросхеме NCP3066, собранного по топологии buck. Почему почти? Потому что она взята из доки и слегка модифицирована с учётом того, что входное напряжение может изменяться. Итак, поехали.

Ниже приведены два варианта схем светодиодных buck-драйверов на микрухе ncp3066: без внешнего ключа и с внешним P-канальным MOSFET-ом:

схемы светодиодных драйверов на ncp3066 без внешнего ключа и с внешним ключом

Красными жирными линиями на схемах показаны участки, по которым протекает большой ток (соответственно, при проектировании платы эти участки нужно сделать короткими и толстыми).

Начальные данные у нас следующие: Vin min — минимальное входное напряжение, Vin max — максимальное входное напряжение, Iout — выходной ток (ток, который мы хотим от драйвера получить), Pout — выходная мощность.

Также нам потребуется знать Vf — падение напряжения на силовом диоде (D1) и VSWCE — падение напряжения на открытом ключе (внутренний транзистор микрухи или транзистор Т1, в зависимости от схемы). Эти данные можно взять из документации на соответствующие компоненты. Плюс к этому, перед началом расчёта мы должны определиться с тактовой частотой микросхемы (f) и величиной относительных пульсаций тока в катушке индуктивности (LIR). Величину относительных пульсаций давайте будем задавать для случая самого большого пикового тока (самый большой пиковый ток в buck-конвертерах у нас получается при максимальном входном напряжении). Следует учесть, что величина относительных пульсаций часто задаётся в %, в этом случае при расчётах её нужно будет разделить на 100 (перевести из % в доли от единицы).

Кроме того, для расчёта ёмкости выходного конденсатора нужно будет задать некий допустимый уровень пульсаций выходного напряжения на нагрузке (Vp-p) и определиться с ESR этого конденсатора (или группы конденсаторов, поскольку для уменьшения ESR можно включить несколько конденсаторов параллельно).

Ну, а теперь сам расчёт:

  1. Находим величину токозадающего резистора Rcs:
  2. Rcs=0,235/Iout

  3. Находим потерю мощности на токозадающем резисторе:
  4. PR=0,235*Iout

  5. Находим максимальное выходное напряжение драйвера:
  6. Vout=(Pout+PR)/Iout

  7. Находим максимально необходимое для ключа отношение длительности импульса к длительности паузы:
  8. формула для расчёта отношения длительности импульса к длительности паузы

    Необходимо учесть, что полученное соотношение не должно превышать минимального гарантированного отношения тока разряда к току заряда времязадающего конденсатора, которое равно 5,5. Это соотношение определяет максимальный гарантированный коэффициент заполнения равным 5,5/(5,5+1)*100%=84,5%.

    Если у вас соотношение ton/toff получилось больше 5,5 — придётся либо увеличить минимальное входное напряжение, либо уменьшить максимальную выходную мощность и повторить расчёт пунктов 1-4.

  9. Находим отношение длительности импульса к длительности паузы при максимальном пиковом токе:
  10. формула для расчёта отношения длительности импульса к длительности паузы

  11. Находим длительность импульса при максимальном пиковом токе:
  12. формула для расчёта длительности импульса

  13. Находим ёмкость времязадающего конденсатора. Ниже приводится формула и график. Формула является приблизительной (поскольку график, как видите, сильно нелинейный), поэтому лучше всё же ориентироваться на график, а не на формулу.
  14. формула и график для расчёта ёмкости времязадающего конденсатора

  15. Находим средний (Iavg) и пиковый (Ipk) ток через катушку индуктивности. Пиковый ток важен при выборе катушки, — её ток насыщения должен быть больше расчётного пикового тока нашего драйвера (лучше с запасом в 10-20%).
  16. Iavg=Iout     Ipk=(1+LIR/2)*Iavg

  17. Находим величину токоограничительного резистора (Rpk):
  18. Rpk=0,2/Ipk

  19. Находим индуктивность катушки:
  20. формула расчёта индуктивности импульсного драйвера тока

    При выборе катушки следует выбрать из стандартного ряда ближайшее значение больше рассчётного.

  21. 11) Величина ёмкости выходного конденсатора:
  22. формула для расчёта выходного конденсатора

Вот в общем-то и всё, а далее вся эта теория сведена в онлайн-калькулятор (чтобы сильно не мучиться каждый раз с этими расчётами).

Online-калькулятор для расчёта светодиодного драйвера на NCP3066:

(для правильности расчётов используйте в качестве десятичной точки точку, а не запятую)

1) Исходные данные:

(если вы не знаете значения Vswce, Vf и ESR, то расчёт будет сделан для Vswce=1.2 В, Vf=0.4 В и ESR=0, LIR по умолчанию будет взят равным 50%, Vp-p равным 50 мВ

Vin(min)=В; Vin(max)=В;  Pout=Вт;  Iout=А;  f=кГц;

Vswce=В;  Vf=В  Vp-p=мВ;  LIR=%  ESR=Ом

2) Расчётные данные:

Rcs=Ом;   PR=Вт;   Vout(max)=В;   ton max/toff min=;  

ton/toff=;   ton=мкс;   Сt=нФ;   Iavg=А;   Ipk=А

Rpk=Ом;   L=мкГн;   Cout=мкФ

Готовые схемы для самостоятельного изготовления драйверов

Добавить комментарий