На сегодняшний день DCDC конвертеры выпускают не только всем известные крупные производители, но и китайцы. Последние отличаются ценой около 50 рублей за 10-20шт. Когда я вижу настолько дешевые детальки, меня поглощает желание встроить их повсюду. Ситуация немного похожа на ситуацию с блогером Александр Полулях, он заливал алюминий везде, в тыкву, арбуз, муравейник, настолько было много таких экспериментов, что ему уже начали советовать в комментариях залить этот алюминий себе самому не буду говорить куда. Хотя применение данной микросхемы в этом посте оправдано, т.к. всегда огорчало падение яркости на фонариках, по мере того, как в них садятся батарейки.
Этот пост про внедрение DCDC в 100 рублевый фонарик из продуктового для того, чтобы тот светил стабильно ярко, даже если на все три батарейки там осталось 1В.
Сперва обсуждение схемы, на фонарике имеется USB разъем для зарядки мизинчиковых аккумуляторов. После разъема следует стабилизатор на 4,5В, 300 мА, именно такой стабилизатор необходим для безболезненной зарядки трех Ni-Mh AAA аккумуляторов. После аккумуляторов или батареек (BT1) следует искомый DC-DC повышающий преобразователь, повышающий напряжение с 1 ~ 4.5В в стабильные 5В. Что и позволяет быть фонарику стабильно ярким, высаживая батарейки полностью. После следует небольшой усилитель сигнала микросхемы контроллера фонарика (та что выставляет режим яркости нажатием на кнопку), усилитель необходим, т.к. микросхема установлена в бескорпусном варианте. После повторителя и инвертера установлен токоограничивающий резистор, далее идут проводки на светодиод. Теперь о каждой детали по отдельности:
Для зарядки аккумуляторов лучше поставить специализированный контроллер зарядки CN3085. Или, за не имением такового, воспользоваться микросхемой стабилизатора AMS1117ADJ. Но можно обойтись и моим вариантом с TL431 и насыпухой, для малых токов и так пойдет.
Современные SMD индуктивности очень радуют габаритами и токами, для катушки размером 7x7 мм разрешенный ток 700мА, чего хватает с запасом, катушка оттуда же, aliexpress.
ШИМ микросхема порадовала не очень, т.к. она 180 килогерцовая, а не мегагерцовая как хотелось бы. Сегодня даже китайцы предлагают ME2149 с частотой 1МГц, современные ШИМ Ti серии LMR тоже. Мегагерцовые могут обойтись и 4,7 мкГн, в то время как для 180кГц надо 47мкГн, у которой максимальный ток в два раза меньше при тех же габаритах корпуса.
Однокнопочная микросхема управления фонариком, та что была внутри по всей видимости является бескорпусным аналогом FM2819. Т.к. саму FM2819 заказывать не стал, усилил полевым транзистором (Q2, Q3) ту что нашел в фонарике на всякий случай.
Токоограничивающий резистор. Конечно немного расточительно ставить резисторы в фонарик, но такая схема позволяет и яркость стабилизировать, и встроенный регулятор использовать. Резистор подбирался так, чтобы ток разряда батарейки был 300 мА, потому как бо́льшие токи для обычных батареек уже экстрим.
Cветодиод, с виду похож на 1Вт, такие сейчас торгуются по 50 рублей за 10 шт. Для него напряжение с максимальной мощностью 3,1В. В моей же схеме получилось 2,9В, немного меньше чем надо, но больше не дадут батарейки, зато светодиод будет всегда работать в щадящем режиме.
Фонарик моей мечты, впечатлений даже больше чем от CREE XM-L с алиэкспресс. Можно с аккумуляторами поставить на зарядку на ночь, сели аккумуляторы, нету розетки поблизости, можно поставить дохлые батарейки, можно новые, для выживальщиков то что нужно. Может быть когда нибудь соберу buck-boost DCDC с нормальным микроконтроллером для 18650 Li-ion фонарика, но пока вот дешевенький вариант.
Исходники в репозитории, а вот куда бы вы еще затолкали пятивольтовый DC-DC?
Upd: учитывая малый КПД получившегося устройства закуплены два чипсета:
MT3608 + LM7301 + FM2819 + CN3085 для этого фонарика и любых других до 3Вт
TPS63020 + INA180+ STM8 для еще одного мощного фонарика на 10Вт Cree XML2 c Li-ion
В остальном эксперимент считаю удачным, т.к. данная схема со всеми ее недостатками определенно стоит того фонарика, в который она установлена и увеличила его яркость. К тому же интереснее всего было собрать что нибудь на 180кГц ШИМ с фиксированными 5В. Как приедут чипы будет еще один пост.
Комментарии (52)
Jury_78
18.05.2023 14:47куда бы вы еще затолкали пятивольтовый DC-DC?
Как раз недавно попалась неисправная автомобильная зарядка для телефона, может туда? :)
dltex Автор
18.05.2023 14:47этот повышающий с 1 на 5, но тоже вариант, а там понижающий с 15 на 5. MC33063 из зарядника тоже штука веселая, регулятор яркости подсветки на ней можно сделать.
Повышающие же могут помочь запитать микроконтроллерное устройство вроде пульта от более дешевой пальчиковой батарейки вместо более дорогой CR2032. еще в Power bank похожие ставят, но те уже FM6316 там и контроллер заряда и dcdc все в одном.
Jury_78
18.05.2023 14:47Кроме того из MC33063 можно и понижающий и повышающий делать...
dltex Автор
18.05.2023 14:47-2Стартовое напряжение, посмотри стартовое у своего старья. Он транзисторный а этот на полевике, потому у него больше кпд и ниже стартовое напряжение, а еще у него обвязки меньше.
Jury_78
18.05.2023 14:47Ну и что, что старый, я тоже старый - старый конь борозды не испортит...
Да, у вашего Me2108 - Operating voltage range:0.9V~6.5V , а вот у L6920 вообще: 0.6 TO 5.5V OPERATING INPUT VOLTAGE.
dltex Автор
18.05.2023 14:47Startup там те же 1В, а еще там синхронный выпрямитель и контроллер уровня заряда, а у китайских схема включения проще.
Jury_78
18.05.2023 14:47Старт с 1В, но потом то можно тянуть...
Да и вообще, разве плохо, что есть выбор?
dltex Автор
18.05.2023 14:47чисто рефлекторно как в универе на местной конференции, отмахиваюсь гаечным ключом и защищаю свое решение. Щас нагуглил уберэффективный ltc3454, мегагерцовый, стабилизирует по току, топология buck-boost, стоит как 10 моих фонариков.
technomancer
18.05.2023 14:47+5Можно с аккумуляторами поставить на зарядку на ночь, сели аккумуляторы,
нету розетки по близости, можно поставить дохлые батарейки, можно новые,
для выживальщиков то что нужно.Шикарно. Вы создали отличный убиватель NiMh аккумуляторов. Ведь о том, что они сели, Вы узнаете только тогда, когда фонарик перестанет светить. Выживальщики, определённо оценят, но оценка может отличаться от Ваших ожиданий.
dltex Автор
18.05.2023 14:47+1Прям аж разрывает или нормальный buck-boost со стабилизацией по току или индикатор заряда батарейки для этой схемы.
nixtonixto
18.05.2023 14:47+1NiMh как раз и нужно высаживать до нуля, чтобы не начался эффект памяти. Это литиевые нельзя полностью разряжать.
dltex Автор
18.05.2023 14:47+1Он их высадит до 0,3В на батарейку, а это уже плохо для их здоровья. А индикатор состояния будет так же разряжать, так что не знаю, опять пришли к микроконтроллеру.
Grey83
18.05.2023 14:47+1Может не индикатор, а просто полевик, который будет размыкать цепь м/у аккумуляторами и преобразователем при падении напряжения на аккумуляторе ниже определённого порога?
Или даже схема на основе тех же DW01 (потребление меньше 10μA) и 8205A из копеешных защит для Li-Ion аккумуляторов (можно даже из сдохшего от мобилки выдрать). 2.4В срабатывания же будет достаточно?
Вообще простеньких схем индикации разряда много, достаточно погуглить.
Вот, например, сборник таких индикаторов.dltex Автор
18.05.2023 14:47да все уже, закупился детальем под другой вариант, новая схема c FM2819 не будет включатся при напряжении ниже 2-2,5В (там непонятно, datasheet китайский). Хотя индикатор переразряда на чипе из аккумулятора мобилки идея норм, помню платку защиты от мобильникового аккума припаивал к 18650 банкам когда то. А так я в теме за счетверенные компараторы вроде lm339 на которых можно делать индикацию уровня заряда.
Grey83
18.05.2023 14:47datasheet китайский
гуглтранслейт вполне себе неплохо справляется как с текстом, так и со скриншотамиdltex Автор
18.05.2023 14:47-1гуглтранслейт
как подписчик блога мисс япония '07 я в курсе, там фигня написана, start up 2.5, shut down 2. Типо если при 2,5 включилось, то если не выключать будет работать, а если выключишь то не включишь?
Grey83
18.05.2023 14:47Если обсуждать мой скриншот со страницы даташита DW01A, то там указаны пороги гистерезиса: при разряде аккумулятора до 2.4V сработает защита и отключит потребителя (с помощью полевиков 8205A) и не подключит обратно, пока аккумулятор не зарядится до 3.0V. Аналогично и с перезарядом: при 4.3V отключается подача напряжения на аккумулятор, пока аккумулятор не разрядится до 4.1V.
VT100
18.05.2023 14:47+1Пытаясь высадить в ноль последовательное соединение без поэлементного контроля — рискуем получить один (или больше) недоразряженных и один переполюсованный.
nevzorofff
18.05.2023 14:47Ноль заряда для Ni-MH это 0.9в на банку, постоянные глубокие разряды их быстро выведут из строя. Ni-Cd можно и нужно в ноль сажать
fvariation
18.05.2023 14:47+4Токоограничивающий резистор. Конечно немного расточительно ставить резисторы в фонарик,
Это не немного, это довольно много. Стабилизаторы тока для светодиодов есть, целая индустрия я бы сказал.
dltex Автор
18.05.2023 14:47Проблема в том, что для напряжений в районе 1 li-ion нужен buck boost, а они уже не китайские и стоят денег, тут не оч, согласен зато дешево. Сперва задрали напругу, потом скинули сколько надо резистором.
VT100
18.05.2023 14:47Можно включить buck как инвертирующий преобразователь. Хотя у такого кунштюка есть свои ограничения (увеличенные токи).
dltex Автор
18.05.2023 14:47Просто есть такое уже готовое, например ltc3454, само отрегулирует, выставив нужный ток. Можно и обычные buck-boost вроде stbb1 со стабилизацией по напряжению, на напряжение светодиода по ВАХ настроить. Вот стоят такие ШИМки намного дороже. Когда свой cree надумаю чинить тогда поставлю.
dltex Автор
18.05.2023 14:47DP в фонарик, три шимки, одна повышающая, вторая понижающая, третья выбор режимов, первую за второй, третью во вторую. из дешевого только это вариант.
dltex Автор
18.05.2023 14:47ой идите вы нафиг со своими токовыми шимками, их полторы штуки и те фиг найдешь, по напряжению выставлять нормально, ВАХ всегда найти можно.
fvariation
18.05.2023 14:47Перерасход батареек у вас 5/3, то есть на 3 батарейки в норме вам надо потратить 5. Если вы в год тратите 3 комплекта, то перерасход - 6 батареек в год - рублей 100 наверное. Намного ли нормальное решение дороже?
Можно подумать как установить в фонарик светодиод не на 3, а на 6 вольт. Тогда можно применить повышающий преобразователь со стабилизацией по току, такой вариант примененной вами микросхемы наверное есть.
SuperTEHb
18.05.2023 14:47+1Чтобы светодиод не изменял свою довольно крутую ВАХ его нужно как минимум термостатировать. Резистор на самом деле куда адекватнее.
dltex Автор
18.05.2023 14:47токовая ШИМ всего одна во всем мире ltc3454, остальные понижающие, есть конечно вариант, сперва увеличить напряжение, потом скинуть, но оно кажется еще более бредовым чем тратить 1000 на ltc
fvariation
18.05.2023 14:47+1токовая ШИМ всего одна во всем мире ltc3454
"White LED Step-Up Converter" - таких наверное сотни, а то и тысячи наименований микросхем. Просто поменять светодиод на 6 или больше вольт. Зашел на ЧипДип, первое что попалось:
AP3036BKTR-G1, White LED Step-Up Converter 54 руб.
Цена трех батареек AA. На базаре скорее всего есть намного дешевле, если цена так важна.
dltex Автор
18.05.2023 14:47Нету нормальных, с резистором на 5-10 ОМ можно и любую шимку. На любой ШИМ напряжение обратной связи 0.5 - 1.5 В, стало быть, за счет падения напряжения на шутирующем резисторе между землей и входом обратной связи, можно любую ШИМ сделать токовой. Но я говорил про те токовые ШИМ, что с шунтами на 0,1 ом работают, например LN2401.
SuperTEHb
18.05.2023 14:47+1NCP3066, например, имеет опорное 235 мВ. Делал на такой, но приделывал внешний полевик. Тут уж приходится выбирать между КПД и простотой.
dltex Автор
18.05.2023 14:47порылся еще в китайщине и таки нашел fm3608, опорное 0,6В
fvariation
18.05.2023 14:47+1порылся еще в китайщине и таки нашел fm3608, опорное 0,6В
Ну и в чем проблемам нагрузить эту микросхему на 9V светодиод с стабилизацией тока? Там в даташите должен быть график КПД от напряжения на светодиоде. Для 9V светодиода КПД должен быть высоким.
dltex Автор
18.05.2023 14:47ты где их берешь эти 9В светодиоды? Да и тут наоборот если дополнительных усилков к обратной связи не цеплять, чем больше ток, тем меньше сопротивление шунта, тем лучше. 0,27A с шунтом 2.2 Ом, слабовато но зато простенько, иначе какую нибудь ina180 между шунтом и входом обратной связи нужно будет ставить.
fvariation
18.05.2023 14:47+2Варианты
- покупаю в чипедипе, на радиорынке
- с лампочек (не со всех, с тех у которых импульсный преобразователь), можно с новых на распродаже, можно с сгоревших.
- у знакомых в рекламной конторе из отходов ленты, и т.д. и т.п.
dltex Автор
18.05.2023 14:47-1ржавая решетка и пол бетонный, вот все мои кореша, гр. пятилетка
я только с алика детальки беру.
V1RuS
18.05.2023 14:47стабилизатор тока и на mc34063 отлично делается :)
вот подробное описание, как его делать для понижающего варианта (buck):
http://open.e-voron.dp.ua/stabilizator-toka-svetodiodov-na-mikrosheme-ms34063/насколько я понимаю, можно все описанное адаптировать и для повышающего.
dltex Автор
18.05.2023 14:47От батареек надо питать, и желательно поменьше деталей и повыше КПД. 34063 уже обсуждалась. Остановились на FM3608, с шунтом 2,2Ом стабилизирует ток в 0.3A.
А специализированные усилители шунта вроде INA180 никто тоже не отменял, уже надумал связку для CREE stm8+tps63020+ina180.
REPISOT
18.05.2023 14:47+1усилитель необходим, т.к. микросхема установлена в бескорпусном варианте
Вот это сейчас не понялdltex Автор
18.05.2023 14:47В фонарике был установлен аналог FM2819, ШИМ и переключатель режимов для фонариков. Т.к. микросхема была бескорпусной, т.е. в виде капли компаунда на плате, то я побоялся подавать на нее увеличенный ток. Я установил более мощный транзистор, подключив его к выходу FM2819-капли, но т.к. в таком случае сигнал бы инвертировался, пришлось добавлять два каскада, первый инвертор, второй силовой ключ ШИМ. Микросхема выбора режима позволяет выбирать режим максимальной яркости, средней яркости и режим мигания путем последовательного нажатия на тактовую кнопку. Ну как на всех фонариках чип, можно было и его купить, но я решил задействовать тот что уже был в фонарике. Его нету на фото, но к нему подходят проводки из середины платы.
REPISOT
18.05.2023 14:47У FM2819 по даташиту ток 2.4 А. У вас 0,15А. Вряд ли у бескорпусной настолько меньше, что не потянет.
nixtonixto
18.05.2023 14:47+3У TL431 ток потребления порядка 20...50 мкА, то есть в этой схеме через базу Q1 всегда текут эти микроамперы и он всегда разряжает аккумулятор током до десятка мА.
dltex Автор
18.05.2023 14:472мА, и те скорее всего из за ШИМ, нуда за месяц батарейки на выброс.
SuperTEHb
18.05.2023 14:47+1Подозреваю, что это был совет поставить резистор между базой и эмиттером. Тогда ток питания 431 потечёт мимо базы и в сумме потребление сильно снизится.
dltex Автор
18.05.2023 14:47да уже все, жду с алика связку из cn3085+fm3608+fm2819. Дешево, высокий КПД, стабилизация по току, никакого саморазряда, после 2-2.5В FM2819 тупо не включится.
SuperTEHb
18.05.2023 14:47+1Насколько я понял, яркость регулируется просто ШИМом. Как реагирует этот преобразователь на постоянные скачки нагрузки 0 - 100% ?
vfreeeman
а какой КПД у таких DC-DC преобразователей?
dltex Автор
Datasheet обещает 80%, но я катушку не ту поставил, на 4,7 мкГн вместо 47, потому не очень. С дохлыми батарейками 41%, но это с учетом падения 25% на резисторе.
Uвх=2В Iвх=0,53A, Uвых=2,9В Iвых=0,15А. КПД 41%