Měnič pro bílé LED pomocí nábojové pumpy

Podobně jako u zapojení "Měnič na 2 tužkovky pro 3 bílé LED" je cílem vyrobit měnič pro napájení bílých LEDek ze dvou tužkových (nabíjecích) baterií. Tentokrát jsem se vydal za lovem lepší účinnosti cestou integrovaných obvodů, a to nábojové pumpy MAX1595.

Obvod MAX1595 je nábojová pumpa na principu spínaných kondenzátorů, a vyžaduje tedy minimum externích součástek,
slovy tři kondenzátory. Datasheet slibuje následující vlastnosti :
- účinnost měniče větší jak 80%
- funkce již od napětí 1,8V
- výstupní proud přes 100mA
- jakousi "stabilizaci" výstupního napětí
- automatické vypnutí při Uin < 1,6V

Obvody se vyrábí ve dvou verzích, a to sice s pevným výstupním napětím 3,3V nebo 5V. Pro náš případ je použitelný typ 5V, protože napětí na bílé LED je právě asi 3,3V. Zajímavá věc je pouzdro IO, které je (v lepším případě) "8uMAX", tedy rozteč nožiček 0,6mm, což je opět příslibem dobrodružství s mikropájkou, a pájení div ne pod mikroskopem. :)



Zapojení IO

Po pár experimentech s IO jsem zjistil několik vlastností :

-  Stabilizace výstupního napětí (na 5V) funguje, ale prakticky jen dolů (přirozeně, co bych taky nechtěl.. :). Tedy v případě, že je vstupní napětí větší jak cca 2,5V, výstupní napětí již neroste, a drží zmíněných 5V. Při nižším vstupním napětí se obvod chová jako zdvojovač, tedy 2V na vstupu vyrobí 4V na výstupu.
-  Stejně je to s výstupním proudem. Při nižším vstupním napětí, např. 2V, výstupní napětí při zatížení dost klesá. A naopak, při napájení větším jak 3V proudová zatížitelnost výstupu stoupá, a 100mA pak není problém.
-  Vypínání obvodu při napájení <1,6V se potvrzeno, tak alespoň nějaké plus :)


Sečteno podtrženo, obvod je určen především pro výrobu napětí 5V z napětí 3,3V (nebo naopak),
a ne pro blbinky na 2V napájecích..
 
Zatěžovací charakteristiky (Vin = 2,4V)
Rz [ohm] Vout [V] Iz [mA] Icelkový [mA] účinnost [%]
nekonečno 4,75 - - -
100 4,27 43 90 84,4
47 4,12 55 116 81,3
(Nicméně účinnost přesahuje 80%, takže pověst až tolik nelhala..)



Zapojení LED driveru je víceméně doporučeno z datasheetu


Při různém napájení 2,4V (NiCd) až 3,0V (Alkalické) se mění výstupní napětí, a tím i proud LED :
 
Vin [V] Vout [V] Iled [mA]
3,0 5,0 25
2,4 4,3 15
1,6 3,2 3,5


Kvůli výstupnímu napětí >3,5V je nutné zařadit k LED diodám sériové odpory, na kterých se také ztrácí výkon,
ale ten "nesvítí", a proto je skutečná účinnost nižší :
 
Vin [V] Ic [mA] účinnost měniče [%] účinnost na LED [%]
2,4 99 82 62
3,0 145 86 57


Srovnání s indukčním měničem z předchozího zapojení :
 
Srovnání účinností (Vin = 2,4V, Iled = 20mA)
Zapojení Vout [V] Iled [mA] Icelkový [mA] účinnost [%]
Indukční 10,11 23 123 80
MAX1595 4,25 průměrně 20 122 87


Účinnost nábojové pumpy samotné je větší než u indukčního měniče, jenomže :
Výstupní napětí 4,25V vyžaduje ještě předřadné odpory k LED diodám. Na těch je výkonová ztráta, která konečnou účinnost (výkon na LEd diodách) snižuje, asi na 60%.. Touhle vlastností indukční měnič netrpí, protože se chová jako zdroj proudu, tedy nastaví se proud, a jako zátěž se připojí pouze a rovnou LED diody, a je hotovo. Pro danou aplikaci ideální.
Výhodou IO je zas minimum součástek (žádné motání indukčností) a malé rozměry (něco přes 1cm2), tedy vejde se všude.