Für Einzel-LEDs und kleine Verbünde habe ich ja schon eine Lösung vorgestellt (Widerstand ist thermisch zwecklos) ), bei der eine Akkuspannung bis 6s ohne Vorwiderstand heruntertransformiert werden kann, um LEDs und LED-Verbünde mit kleinerer Spannung zu betreiben.
Nun gibt es aber seit geraumer Zeit LED-Cluster, die mit relativ hoher Spannung arbeiten (40V) und für kleines Geld viel Licht machen.
Die hohe Spannung erfordert aber einen sogenannten Step-Up-Wandler (Boost), der aus einer z.B. 3s-Akkuspannung in die erforderliche Höhe von 40V bringt. Um die Platine nicht unnötig schwer und groß zu machen, habe ich verschiedene Boards für verschiedene Leistungs- und Stromklassen entworfen.
Hier die erste Schaltung für kleinere LED-Cluster. Die Schaltung arbeitet ab 3V und kann offiziell bis 38V daraus erzeugen. Erste Tests haben gezeigt, das auch etwas höhere Spannungen mit dem Booster möglich sind. Bei 3s sind LEDs mit 38V und 100mA überhaupt kein Problem. Die Schaltung bleibt kühl und die LED kann über einen gesonderten Pin mit der Else (Elektronische Licht Steuer Einheit) geschaltet werden. Damit kann dann beispielsweise ein ACL realisiert werden.
Die Schaltung kann sowohl als Konstant-Spannungs- als auch Konstant-Stromquelle betrieben werden. Letzteres ist wieder besonders klug, wenn man LEDs als Last hat.
Als IC kommt in der Schaltung der TPS61170 von Texas Instrubments zum Einsatz. Hier der Schaltplan (zweite, verbesserte Version). Der rechte Teil der Schaltung ist ganz witzig, denn hier wird die Stromregelung realisiert. Das klingt erst einmal lapidar, ist es aber nicht. Der TPS61170 kennt nur Spannugsregelung, d.h. es gibt einen FB-Pin, an dem der Schaltregler immer versucht, 1,23V einzustellen. Für eine Spannungsregelung ist das in Ordnung, aber was passiert, wenn man über diesen Spannungsabfall eine Stromregelung zu machen? Richtig! am Widerstand müssen 1,23V abfallen, und das z.B. bei 100mA. Damit verbrät dann die Schaltung unnötig Strom.
Die hier vorgestellte Schaltung habe ich aus einer Application-Note entnommen. Sie funktioniert über einen Stromspiegel. Der Spannungsabfall wird Higside am R8 realisiert und darf deutlich kleiner ausfallen. Der zweite Teil des Stromspiegels transformiert die Steuerspannung von der Highside auf die Lowside und verstärkt den Spannungsabfall der am R8 aufgetrten ist verlustleistungsschonend, der FB-Pin des Spannungsreglers bekommt das, was er verlangt.
Ein erster Entwurf wurde im Dezember 2016 von mit an EasyEda geschickt und kam prompt Anfang Januar als leere Platine zurück. Die Qualität war sehr gut. Die Leiterplatte habe ich als Doppelseitig mit 0,6mm Dicke und Goldoberfläche bestellt. Leider habe ich damals versäumt, gleich eine Schablone für Reflow-Bestückung mit zu bestellen. Im Folgenden ist die Version 1 zu sehen.
Hier ist das neue, verbesserte Layout zu sehen.
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Verblüffend ist, dass der Schaltregler es tatsächlich schafft, die Verlustleistung über eine doppelseitige 35um-Leiterplatte weg zu bekommen. Die Schaltung ist so konstruiert, dass auch kleinere Induktivitäten benutzt werden können. In dem Fall kann die Platinie nochmals gekürzt werden. Links wird die Akkuspannung eingespeist. Der Top-Bereich trägt den Schaltregler und alle Bauelemente, die für die Spannungsstabilisierung nötig sind.
Die Unterseite trägt die Bauteile für die Stromstabilisierung. Damit kann die Schaltung auch gefahrloser modifiziert werden.
Die Kombination von Top und Bottom ergibt eine satte Lage von Masse, auf die auch die Wärme abgeführt werden kann.
Für Nachbauer habe ich hier die EAGLE-Unterlagen hinterlegt.
Hier das zip-File: (StepUp1b.zip)
Das löten mit der Hand gestaltete sich dann doch schwieriger als erwartet. Der Schaltregler hat als Abmessungen 2mm x 2mm. Die Pads sind unter dem Chip und der Chip selbst hat ein Bauchpad. Für Reflow wäre das nun kein Problem, aber ohne Maske blieb mir nur die Handlötung. Nach 4 Fehlversuchen habe ich entnervt die Leiterplatte von unten mit einem Heißlufföhn angeblasen (450°C) und oben mit der Pinzette das IC platziert, d.h. so lange hin und her geschoben, bis die Kurzschüsse weg waren und anschließend die Schaltung funktioierte.
Der Lötkleks rechts ist kein Versehen, er ist die Lötung des Bauchpads. Der Lötkolben macht das Kupfer heiß, durch das Via habe ich dann etwas Lötzinn gegeben.
Hier die fertige Schaltung in der Version 1 beim Test.
Hier noch einmal ein Foto mit Lineal.
