Điều khiển LED và tự động làm mát

0
90

Các hệ thống quang điện tử thường yêu cầu ổn định nhiệt độ cho các thành phần như điốt laze, điốt quang, lăng kính và thấu kính. Phương pháp được thiết lập để cung cấp sự ổn định là gắn thiết bị nhiệt độ điện trở (RTD) vào linh kiện để theo dõi nhiệt độ của nó và gắn linh kiện lên trên bộ làm mát nhiệt điện (TEC), sử dụng IC điều khiển TEC chuyên dụng để giữ nhiệt độ linh kiện tại điểm đặt. Thường thì điểm đặt là gần nhiệt độ phòng, thường có nghĩa là bộ điều khiển TEC phải có khả năng cung cấp dòng điện âm và dương để cung cấp cho cả việc làm mát và sưởi ấm.

Các bộ điều khiển và trình điều khiển TEC chuyên dụng có sẵn cho tác vụ này, chẳng hạn như LTC1923, ADN8831, MAX1968 và DRV592. Nhưng những thiết bị này có thể đắt tiền hoặc cần một lượng lớn mạch điện bên ngoài. Hơn nữa, các TEC thu nhỏ thích hợp hơn để xử lý các tải nhiệt nhỏ như thấu kính và điốt quang, nhưng kém phù hợp với các bộ điều khiển TEC chuyên dụng. Các TEC thu nhỏ thường chạy ở điện áp từ 2 V trở xuống và dòng điện từ 1 A trở xuống trong khi các bộ điều khiển chuyên dụng có kích thước cho ổ đĩa cao hơn nhiều.

Một bộ điều khiển TEC đơn giản hơn nhiều có thể được sử dụng trong nhiều trường hợp có thể tách nhiệm vụ sưởi ấm với nhiệm vụ làm mát. Ví dụ, một thành phần như điốt laze yêu cầu ổn định nhiệt độ có thể tự cung cấp đủ nhiệt để loại bỏ sự cần thiết của TEC như một nguồn nhiệt.

Cũng có thể cung cấp đủ nhiệt bằng cách sử dụng điện trở thiết bị gắn trên bề mặt thông thường (SMD) được dán giữa TEC và thành phần quang học. Sau đó, điện trở có thể được kết nối với đầu ra điều chế độ rộng xung (PWM) của bộ vi điều khiển hoặc FPGA thông qua đầu ra của MOSFET công suất, một lần nữa loại bỏ nhu cầu TEC cung cấp nhiệt.

Nếu sưởi ấm và làm mát là các nhiệm vụ riêng biệt thì việc kiểm soát TEC sẽ đơn giản hóa đáng kể. Thay vì tìm nguồn cung cấp cả dòng dương và âm, bộ điều khiển chỉ cần là nguồn dòng một phần tư. Điều này mang lại nhiệm vụ điều khiển trong khả năng của một loại IC các mạch điện tử cơ bản cấp nguồn chuyển mạch mới đã xuất hiện trên thị trường: trình điều khiển LED nguyên khối.

Một loại trình điều khiển LED cũng có thể được sử dụng làm trình điều khiển TEC là LTC3454 từ Công nghệ tuyến tính, được gọi là “Trình điều khiển đèn LED / đèn flash”. Thiết bị này được thiết kế để cung cấp dòng điện không đổi lên đến 1 A cho một đèn LED công suất cao. Nó chứa một bộ chuyển đổi tăng cường đồng bộ, một vòng điều khiển dòng điện không đổi, và cả mạch khởi động mềm và mạch bảo vệ.

Các LTC3454 khác với nhiều trình điều khiển LED khác ở chỗ nó không chứa một mạch an toàn để tắt thiết bị khi điện áp đầu ra trở nên quá thấp, như sẽ xảy ra khi đèn LED thất bại do một đoạn ngắn. Thay vì mạch ngắt, LTC3454 có mạch giới hạn dòng điện để ngắt các MOSFET bên trong của nó trong trường hợp đoản mạch.

Sự khác biệt này cho phép LTC3454 điều khiển TEC thay cho đèn LED. TEC nhỏ có điện áp giảm thấp hơn nhiều so với đèn LED, vì vậy hầu hết các trình điều khiển đèn LED sẽ coi TEC là ngắn và sẽ kích hoạt các mạch ngắt của chúng. LTC3454 hoạt động bình thường với TEC là tải của nó.

Mạch điều khiển TEC khá đơn giản (xem Hình 1). Nếu được cấu hình để điều khiển điểm đặt thủ công (R1 kết nối với R2), nó chỉ yêu cầu một số bộ phận. Một cấu hình thay thế (R1 kết nối với R3) cho phép điều khiển điểm đặt hoạt động thông qua tín hiệu PWM từ bộ vi xử lý hoặc FPGA.

Hình 1.Khi các thành phần điện quang chỉ cần làm mát điện bằng nhiệt của tải nhẹ để
ổn định nhiệt độ , trình điều khiển LED có thể đóng vai trò là nguồn dòng điện chi phí thấp và cung cấp điều khiển điểm đặt chủ động hoặc thủ công.

Điều khiển điểm đặt bằng tay rất hữu ích khi tải nhiệt nhỏ để lượng làm mát không đổi và lượng gia nhiệt được kiểm soát sẽ giữ cho nhiệt độ thành phần ổn định. Dòng TEC sau đó được cung cấp bởi

Một chiết áp 20k mắc nối tiếp với 3k (R1 + R2) cho phép trình điều khiển bao phủ dải đầu ra từ khoảng 150 mA đến 1 A.

Tuy nhiên, bằng cách điều khiển dòng điện TEC để đáp ứng với tải với một vòng điều khiển được tối ưu hóa, mạch có thể chạy theo cách để giảm thiểu tổng công suất tiêu tán. học điện tử để làm gì Quá trình điều khiển điểm đặt chủ động này yêu cầu kết nối bộ xử lý hoặc chân FPGA với cổng T1 mang tín hiệu PWM với tần số vài kilohertz trở lên và chu kỳ nhiệm vụ từ 0 đến 100%. Dòng điện đầu ra qua TEC sau đó phụ thuộc vào chu kỳ làm việc D, với

F_2_Eng

Vì TEC có trở kháng thấp hơn đèn LED, hiệu suất của trình điều khiển có thể thấp hơn giá trị (khá tốt) mà biểu dữ liệu cung cấp cho các ứng dụng tiêu chuẩn. Để đo hiệu suất, hãy thay thế một điện trở 2 Ω cho TEC làm tải. Giá trị này gần như là trở kháng của các TEC thu nhỏ như Ferrotec 9503/023 / 020M. Thử nghiệm cho thấy ở 300 mA hiệu suất là 50%, tăng lên 70% ở 500 mA và 75% ở 700 mA trở lên.

Hiệu quả có thể được cải thiện. Vì V IN >> V OUT , LTC3454 chỉ chạy ở chế độ buck và theo biểu dữ liệu, một trong các công tắc bên trong của IC luôn BẬT. Tạo kết nối giữa các chân sáu (SW2) và bảy (V OUT ) sẽ tắt công tắc, điều này sẽ loại bỏ điện trở của nó khỏi mạch. Cải thiện đáng kể, với hiệu suất ở 300 mA trở thành 70%, tăng lên 77% ở 500 mA và lên 80% ở 700 mA trở lên. Tất cả các hiệu suất được đo ở V IN = 5 V. Ở V IN = 3,3 V, các giá trị cao hơn vài phần trăm.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here