Преобразователь - контроллер светодиодного фонаря.

Автор: sema
Опубликовано 12.08.2008

2008

Поздравляю Вас, уважаемый Кот, с Днем рождения!
Желаю всяческих успехов!!!

В настоящее время продается большое разнообразие светодиодных фонарей, и все в них замечательно за исключением:
1. значительная перегрузка светодиодов по току при установке свежих элементов питания (при установке качественных, дорогих элементов с низким внутренним сопротивлением возможен выход светодиодов из строя при первом же включении),
2. невозможность установки аккумуляторов из-за их неизбежного разряда ниже допустимого уровня (1В),
3. при питании от батарей фонарик перестает светить когда запас энергии еще не кончился, но напряжения уже не хватает.

Требования предъявляемые (и естественно реализованные) к "умному" преобразователю:
1. в качестве источника будут использоваться два аккумулятора (или две батарейки, возможно три),
2. контроль состояния аккумуляторов (разряжать ниже 1В на аккумулятор нельзя),
3. возможность отключать контроль состояния аккумуляторов (актуально при работе от батареек которые можно и нужно разряжать по максимуму),
4. стабилизация выходного напряжения на заданном уровне (3,3В) в диапазоне входного напряжения от 5В (три свежих элемента питания) до как можно меньшего входного напряжения (реально у меня, при входном напряжении 0,63В свет от фонаря еще сохранял приемлемую яркость, и продолжал светиться до входного напряжения 0,4В),
5. управление от одной кнопки без фиксации (так как на большинстве продаваемых фонарей установлена именно такая, то для упрощения их модернизации управление оставлено без изменений),
6. четыре режима работы:
- дальний свет (первая группа светодиодов),
- ближний рассеянный (вторая группа светодиодов),
- включены обе группы светодиодов,
- выкл.
7. минимальные габариты. Идеально, если впишется в габариты элемента питания ААА (тогда при модернизации фонаря можно будет преобразователь поставить вместо одного из элементов питания),
8. выходной ток при свежих элементах питания не менее 350 мА (дальний свет - светодиодная лампа с отражателем ~120мА + ближний свет, группа из 12-20 светодиодов ~160-200мА),
9. минимальное потребление схемой управления (так как питание не снимается)
10. максимальный КПД "умного" преобразователя.

Перечень элементов:
C1, C5 - 100 мкФ*10В (кажется размер D),
C2, C3, C4 - 0,1мкФ (размер 0805),
R1, R3 - 82 кОм (размер 0805),
R2 - 150 кОм (размер 0805),
R4, R5 - подбираются по номинальному току через светодиод,
DA1 - IRF7301,
DA2 - MAX1674,
DD1 - ATtiny12,
HL1,2 - 1-я и 2-я группы светодиодов (тип определяется тем что стояло в фонаре или на что было не жалко денег),
SB1 - кнопка без фиксации (тип определяется тем что стояло в фонаре).

Часть схемы обозначенная буквой А в большой степени определяется конструкцией фонаря и не рассматривается.

Собственно преобразователь собран на MAX1674, схема типовая, взята из документации на микросхему и на сайте была статья на эту тему. Единственный момент на счет дросселя, у меня он намотан на подходящем по размерам обломке магнитопровода из феррита N87 и имеет индуктивность ~73 мкГ. Посоветовать по поводу применения готовых дросселей ничего не могу из-за отсутствия информации по ним, но изготовить самостоятельно такой дроссель очень просто при наличии измерителя индуктивности (схем в интернете очень много и практически все дают приемлемую точность).
На магнитопроводе (в принципе подойдет любой феррит) делается пробная намотка, измеряется ее индуктивность и для рабочей обмотки пропорционально изменяется число витков. Для выполнения безкаркасной намотки, сердечник зажимается в тиски так чтобы губки тисков выполняли роль боковых стенок катушки и препятствовали сползанию витков проволоки с сердечника. После намотки рассчитанного числа витков намотка покрывается слоем эпоксидной смолы или лака. Что бы смола не приклеила катушку к губкам тисков следует положить бумажные прокладки между ними и катушкой. В это же время стоит отформовать выводы катушки для пайки на плату, далее сушим ~24 часа при комнатной температуре или 3-4 часа в духовке при температуре 60-80 градусов.
Коммутация групп светодиодов реализована на сборке полевых транзисторов IRF7301 (при напряжении на затворе 3В транзистор практически полностью открыт).
Управление реализовано на 8-ми выводном микроконтроллере ATtiny12, для уменьшения энергопотребления контроллер все время находится в режиме Power-down Mode и выходит из него только для обработки нажатия кнопки или сигнала от MAX1674 о разряде аккумулятора до предельного уровня.
Преобразователь собран на двухсторонней печатной плате размерами 10*32 мм, дроссель приклеен торцом к узкому концу печатной платы.

Управление осуществляется короткими (менее одной секунды) нажатиями кнопки, режимы работы переключаются по кольцу.
Длинное нажатие кнопки (более одной секунды) переключает тип источника питания:
аккумулятор (подтверждается одной короткой вспышкой),
батареи (подтверждается двумя короткими вспышками).
При установке (смене) элементов питания по умолчанию включается режим работы от аккумуляторов.
Схема электрическая принципиальная, чертеж печатной платы в формате P-CAD 2006 SP2 и прошивка в формате *.hex прилагаются. (прошивка в данный момент дорабатывается с целью уменьшения энергопотребления в выключенном состоянии)

Файлы:
Схема и плата в формате PCAD.
Прошивка МК.

Вопросы, как обычно, складываем тут.