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LED controller con MT3608


Abbiamo provato un modulo cinese step-up con l'integrato MT3608.

Al di lÓ dell'impiego tipico, possiamo adattarlo come LED controller a cui sarÓ possibile collegare LED in serie o serie/parallelo, compresi pi¨ LED da 1 o 3W.

Si tratta di modificare il modulo, togliendo qualche parte inutile ed aggiungendo quanto serve all'applicazione.
Confrontiamo lo schema originale con la modifica:

Il LED o i LED sono collegati al negativo in serie ad una resistenza R2-R3 che determina una caduta di tensione in funzione della corrente che scorre.

La tensione va ad un partitore formato da R1 e R4 di uguale valore (5k) che divide la tensione in modo variabile fino a metÓ. 
Questa tensione viene poi inviata al pin FB attraverso la R5 di protezione (10k).

Aggiungiamo anche il C3 (10nF) che ha lo scopo di ridurre il ripple. Con R5 costituisce una rete RC che rallenta la risposta del feedback, ma qui ha importanza relativa, dato che il carico Ŕ costante.

Con il partitore formato da R1 e R4 possiamo ottenere una regolazione della corrente nei LED, determinata dalla resistenza in serie, che pu˛ essere variata in funzione della corrente che si vuole ottenere:

R2-3

Regolazione

Applicazione tipica

R1 min R1 max
30 20mA 40mA

LED comuni da 20-30mA

12 50mA 100mA LED in serie/parallelo fino a 100mA
6 100mA 200mA LED in serie/parallelo fino a 200mA
3 200mA 400mA LED da 1W - 350mA
1.5 400mA 800mA LED da 5W - 700mA

R1 min indica tutto il cursore verso la R4, mentre R1 max indica tutto il cursore verso i LED.

Se non serve una regolazione, si potrÓ escludere il partitore, calcolando il valore della resistenza serie per avere la caduta di tensione necessaria:

Rserie = 0.6V / Iled

La resistenza serie potrÓ essere formata da uno o pi¨ elementi in parallelo per aggiustare il valore o la potenza richiesti. Sullo stampato si poso installare fino a 3 elementi 1206 o 1210 che possono coprire tutte le esigenze.
La potenza, indicativamente, sarÓ:

Corrente

Potenza

50mA

0,03W per 12ohm

300mA 0.27W per 3ohm
700mA 0,74W per 1.5ohm

Per operare la modifica possiamo inserire i componenti necessari esternamente, ma, meglio, possiamo aggiungere un sub-modulo, che rende l'insieme robusto e pratico da usare.

Per operare la modifica, per prima cosa dobbiamo eliminare il trimmer multigiri e la R2 e spostare C2, come si vede dalla foto.

Si determina uno spazio sufficiente ad inserire il sub-modulo.

 

Questo Ŕ realizzato su uno stampato a basso spessore (0.5mm) e porta tutti i componenti necessari.

Lo stampato Ŕ progettato per inserirsi direttamente sul modulo nei punti indicati in rosso con tre brevi spezzoni. Un foro corrisponde al pin Vout- del modulo e collega le resistenze serie;  un altro corrisponde al cursore del potenziometro multigiri che Ŕ stato rimosso.

Si collegheranno la massa (rettangolo rosso), il pin Vout- (cerchio rosso a sinistra) e il feedback (cerchio rosso al centro).

La foto mostra il sub-modulo installato: i cerchi e il rettangolo rossi indicano i punti di connessione.  Il rettangolo indica la connessione a massa utilizzando la piazzola del C2 che Ŕ stato rimosso; i due cerchi sono spezzoni di filo che uniscono gli  stampati.

Il circuito Ŕ stato previsto per la disposizione pi¨ comune delle piste sul modulo; se sul vostro Ŕ differente, come pu˛ capitare, modificate di conseguenza lo stampato.

I LED saranno collegati al pin Vout+ del modulo originale e al sub-modulo (filo azzurro nella foto sopra). L'alimentazione andrÓ applicata ai pin Vin+ e Vin-.

Il risultato Ŕ un insieme compatto, senza parti volanti, che non supera le dimensioni del modulo originale ed Ŕ facilmente utilizzabile.

Il circuito stampato:

C'Ŕ lo spazio per installare uno zener da 2.7V in parallelo a C3 che ha lo scopo di proteggere il pin FB da una eventuale sovra tensione dovuta a manovre errate durante i test. Se pensate di fare qualche manovra "strana" Ŕ meglio metterlo.

Non Ŕ indispensabile nella versione finale se il tutto Ŕ stabile e non c'Ŕ possibilitÓ di cortocircuiti o contatti accidentali.

Le resistenze serie (R2-3) potranno essere una, due o tre a seconda della disponibilitÓ. Quello che importa Ŕ il valore complessivo e la potenza minima richiesta.

R1 Ŕ un trimmer SMD tipo Vishay TS53YL o simile. Il suo valore e quello di R4 dipendono dal range di variazione della corrente voluto. Qui sono entrambi da 5K (variazione 1:2).
La R5, non critica, qui Ŕ da 10k, formato 0805.

L'aggiunta del C3 ha lo scopo di limitare al massimo il ripple sui LED per minimizzare il disturbo EMF indotto dai fili di collegamento tra il controller e i LED stessi. Si tratta di un 0805 o 1206 multistrato ceramico da 10nF. Se occorre, si potrÓ aumentare, sempre tenendo presente che un valore maggiore rallenta la risposta del regolatore ai transienti.


E' un boost!

Va tenuto ben presente che il circuito Ŕ un boost, quindi la tensione in uscita dovrÓ essere maggiore di quella di ingresso.

Quindi, ad esempio:

Vin Vout esempio LED
5V >5V 2 LED da 3V in serie, 3 LED da 2V in serie 
12V >12V 7 LED da 2V in serie, 5 LED da 3V in serie
15V >15V 6 LED da 3V in serie

Si potranno collegare gruppi di LED in serie e in parallelo a seconda delle necessitÓ. E' opportuno non superare le condizioni limite di uso del modulo, descritte nel test relativo. 

Altri limiti pratici potranno essere: corrente massima 700mA (LED 3W) e differenza tra Vin e Vout tale da non far assorbire al modulo correnti oltre 1.5A. Inoltre, nonostante sia possibile ottenere tensioni in uscita elevate, Ŕ opportuno mantenere la massima tensione richiesta dalla serie dei LED al di sotto dei 40V che sono il limite di lavoro dei componenti del modulo.

Alcuni esempi di impiego:

Tre LED da 1W in serie. Corrente nei LED = 350mA. Tensione tipica per LED = 3.15V

Tensione
ingresso
Corrente 
ingresso
Rendimento
5V 805mA 82%
6V 662mA 83%
7.5V 526mA 84%

Cinque LED da 1W in serie:

Tensione
ingresso
Corrente 
ingresso
Rendimento
5V 1270mA 86%
9V 706mA 86%
12V 525mA 87%

Nelle condizioni sopra indicate l'integrato scalda in modo non pericoloso.


Note.

Per un corretto funzionamento occorre che la sorgente di alimentazione abbia una bassa impedenza e sia in grado di erogare la corrente richiesta senza una sensibile caduta di tensione. Questo modulo presenta un comportamento anomalo se la sorgente di alimentazione non Ŕ in grado di fornire lo spunto iniziale.

Se verificate che la regolazione con R1 non ha effetto e i LED sono sempre a piena luminositÓ, a parte errori di cablaggio, la causa Ŕ la sorgente di alimentazione (alimentatore inadeguato, batteria scarica); pu˛ essere molto utile aggiungere un elettrolitico direttamente in parallelo ai pin VIN+ e VIN-, sopratutto se i cavi di connessione sono lunghi pi¨ di qualche decina di centimetri.

Anche un tentativo di funzionamento in modo buck, con la tensione necessaria in uscita per mantenere la corrente voluta nei LED MINORE di quella di alimentazione, darÓ risultati negativi.

Altrettanto negativi saranno i tentativi di utilizzare il modulo al di sopra delle sue possibilitÓ operative. Se usate diversi LED da 3W, verificate che la temperatura del MT3608 e del diodo D1 sia tale da non rischiarne la distruzione.

Un altra situazione pericolosa Ŕ quella in cui la catena dei LED si interrompe. Questo solitamente succede durante le sperimentazioni se si fa uso di fili volanti malamente connessi (che Ŕ una situazione da evitare in qualsiasi caso...).
In quello presente, dato che il pin FB resta circa a livello della massa, il convertitore aumenta la tensione di uscita al massimo possibile: il risultato Ŕ di avere in uscita tensioni anche largamente oltre i 50V, con l'immediata auto distruzione dell'integrato.
Potete parare la cosa con l'aggiunta di uno zener che tagli al di sotto dei 40V (ad esempio 30-36V), ma l'ideale Ŕ non creare la situazioni di rischio.

Se intendete sperimentare attorno all'integrato MT3608, dato che Ŕ facile distruggerlo con una manovra errata, Ŕ opportuno ordinarne una decina in Cina, perchŔ non Ŕ per nulla facilmente reperibile dai distributori occidentali. Con Aliexpress il costo Ŕ veramente basso.


 

 

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Aggiornato il 08/02/19.