dimensionamenti termici in presenza di ripple alimentazione

[AndreaBad]

buongiorno,
ho un dubbio che vorrei sottoporre.
Ho da poco progettato un modulo LED con alimentazione +24 V. Il modulo è composto da una serie di LED più un DRIVER lineare che funge da generatore di corrente sulla serie di LED.
Per intenderci:
+24 V
LED
LED
LED
...
LED
(↓) DRIVER generatore di corrente
GND

per chi li conosce, il DRIVER è un BCR420U (Infineon) o AL5802 (diodes).
1 eseguiti dimensionamenti elettrici: considerate le diverse tolleranze elettriche.
2 eseguiti dimensionamenti termici: conosco la Resistenza termica Rjs per ogni componente, e la potenza elettrica dissipata da ciascuno (Pcomponente = Vcomponente * Idriver) e la temperatura di giunzione
(Tj = Ts + Rjs * Pcomponente)

Ora il DUBBIO:
scopro ora la tensione di alimentazione 24 V è soggetta ad un ampio ripple di 2 Vpkpk a 100Hz.
Quindi la tensione di alimentazione 24 V in realtà oscilla a 100Hz 23-25V.
Sto pensando cosa può comportare questo ripple sui dimensionamenti elettrici e termici già eseguiti.

Qui le mie considerazioni:

1 Dimensionamenti elettrici:
il DRIVER rimane in specifica elettrica anche con tensione di alimentazione worst-case (23-25V) ed impone la stessa corrente continua sui LED nel caso precedente 24 V. Quindi la corrente del DRIVER non è soggetta a ripple (o possiamo in questa prima analisi trascurarlo definitivamente) e rimane costante e tale quale a prima.

2 Dimensionamenti termici:
* imponendo il DRIVER la stessa corrente sui LED del caso precedente, i LED da un punto di vista elettrico e
termico sono esattamente come nel caso precedente senza ripple.
Anche da un punto i vista termico

* L'unico componente che "subisce" il ripple dell'alimentatore è il DRIVER:
caso senza ripple: Pdriver = Vdriver * Idriver
caso con ripple: Pdriver(t) = Vdriver + ripple(t) * Idriver
Nel caso con ripple, però possiamo dire che <Pdriver> media sarà la medesimo del caso senza ripple.
Quindi avrò la stessa temperatura di funzionamnti Tj = Rjs driver * Pdriver.

Dalle mie considerazioni quindi, il ripple non influenza né elettricamente né termicamente a livello di potenza i diversi componenti, e potrei mantenere i dimensionamenti senza ripple precedenti come buoni.
Questo a meno che non stia sbagliano o trascurando qualche dettaglio a livello termico (per esempio
immagino che la resistenza termica Rjs del driver non varia se considero il ripple a 100Hz).

Chiedo se possibile avere un parere.
Grazie per l'attenzione.
Andrea

[obiuan]

A parte che qui:

... caso con ripple: Pdriver(t) = Vdriver + ripple(t) * Idriver

manca una coppia di parentesi, il resto ha più o meno senso. C'è un'affermazione che è un po' forzata però:

1 Dimensionamenti elettrici:
il DRIVER rimane in specifica elettrica anche con tensione di alimentazione worst-case (23-25V) ed impone la stessa corrente continua sui LED nel caso precedente 24 V. Quindi la corrente del DRIVER non è soggetta a ripple (o possiamo in questa prima analisi trascurarlo definitivamente) e rimane costante e tale quale a prima.

Il fatto che l'alimentazione comprensiva di ripple stia all'interno del range di alimentazioni del driver, o diciamo pure di qualunque integrato, non significa che l'integrato sia in grado di sopportare come se nulla fosse il disturbo sull'alimentazione. Per esempio, se ha un opa da 5V e lo alimenti a 3,5V con un ripple di 0,5Vpp, il ripple te lo ritrovi all'uscita attenuato del PSRR e amplificato per il guadagno dello stadio anche se, istante per istante, l'alimentazione è sempre all'interno del range di funzionamento.

In altri termini, una cosa sono gli Absolute maximum Ratings, una cosa sono le specifiche elettriche, un'altra cosa ancora sono le reazione dinamiche a variazioni di uno dei parametri di ingresso. Nel tuo caso specifico, se dall'intensità luminosa dei LED non dipende la vita di nessuno, concordo che con ogni probabilità puoi bellamente trascurare il ripple che verrà digerito senza grossi problemi dal driver. Non è però un discorso valido in generale.

[SerTom]

Per il dimensionamento termico puoi usare il valore medio della tensione che è appunto 24 V.
L'unica avvertenza è che la somma delle tensioni dei diodi sia adeguatamente inferiore alla tensione del picco minimo, altrimenti il driver non sarà in grado di mantenere costante la corrente.

In ogni caso, se anche fosse si genererebbe una fluttuazione della luminosità dei led che l'occhio non percepisce ... e che se consistente provocherebbe solo affaticamenti alla vista.

Bye ser.tom

[simoiamma]

Ciao!

Da quello che ho capito il tuo problema è se questo ripple dell'alimentazione influenza o meno la corrente che circola nei led.

Suppongo tu abbia il circuito nella configurazione indicata nel datasheet:

Configurazione driver

datasheet_BCR420.jpg (27.65 KiB) Osservato 6804 volte

In questo caso noto che la corrente di base del transistor (che regola la corrente che passa attraverso i LED) è proporzionale alla tensione che si ha sul pin EN del driver, ed anche dalla resistenza che inserisci in (che immagino serva a regolare la del transistor e quindi il suo guadagno e di conseguenza la corrente di collettore che passa attraverso i LED).

Quindi la corrente in uscita non credo sia fissa, e la tensione di alimentazione credo influenzi la corrente che passa attraverso i LED.

Inoltre sempre nel datasheet noto il seguente grafico:

Iout in funzione di Ven

indica come varia la in funzione della in base alla resistenza , il che vuol dire che varia, ma come si può osservare di molto poco tra 23-25V!

Questo mi fa pensare che il ripple dell'alimentazione non dovrebbe influenzare troppo i LED.

Una domanda: ma come mai la tua ha questo ripple? Cioè da dove proviene? Prova a mettere un regolatore di tensione o un condensatore che faccia da filtro!

(p.s: non so se quello che ho scritto è totalmente corretto ma ho provato a rispondere!)

[AndreaBad]

A parte che qui:

... caso con ripple: Pdriver(t) = Vdriver + ripple(t) * Idriver

manca una coppia di parentesi, il resto ha più o meno senso. C'è un'affermazione che è un po' forzata però:

grazie, correggo:
Pdriver(t) = [ Vdriver + ripple(t) ] * Idriver

[AndreaBad]

Per il dimensionamento termico puoi usare il valore medio della tensione che è appunto 24 V.
L'unica avvertenza è che la somma delle tensioni dei diodi sia adeguatamente inferiore alla tensione del picco minimo, altrimenti il driver non sarà in grado di mantenere costante la corrente.
Bye ser.tom

Grazie!
Confermo, questo è quello che mi preme verificare di più...cioè se il picco minimo possa "spegnere" per una frazione di secondo il driver.

[obiuan]

In questo caso noto che la corrente di base del transistor (che regola la corrente che passa attraverso i LED) è proporzionale alla tensione che si ha sul pin EN del driver, ed anche dalla resistenza che inserisci in R_{ext} (che immagino serva a regolare la V_{be} del transistor e quindi il suo guadagno e di conseguenza la corrente di collettore che passa attraverso i LED).

I due diodi raffigurati nello schema equivalente, stanno a significare che quel transistor è polarizzato sulla base ad una tensione costante e indipendente dalla EN. La resistenza serve, andando in parallelo alla Re interna, a dimensionare la rete di reazione che determina la corrente che si vuole il driver assorba.

[AndreaBad]

Non citare i messaggi per intero; usa il tasto RISPONDI.
Ciao!
grazie mille.
Nello specifico sto usando l'AL5802 ma la questione è parecchio simile.
Quello che dici è vero, il pin EN è collegato all'alimentazione e la sua funzione è alimentare la base del transistor mantenendolo in regione attiva. nel caso del BCR402U è la resistenza sul collettore (Rext) che comanda e fa il "setting" della corrente sui LED. infatti la tensione ai capi di Rext è mantenuta costante (Vreference) dalle tensioni dei diodi interni del BCR402U e il valore di resistenza selezione di fatto la corrente del transistor. Sul BCR402U si vede poco, se vedi l'AL5802 è ancora più evidente perché la Rext viene collegata alla tensione Vbe di un transistor acceso che fa da Vreference.

Quindi è vero ci saranno delle fluttuazioni sulla corrente dei LED data dal ripple dell'alimentazione (pin EN) ma saranno molto lievi, per questo le ho trascurate al momento

[simoiamma]

I due diodi raffigurati nello schema equivalente, stanno a significare che quel transistor è polarizzato sulla base ad una tensione costante e indipendente dalla EN. La resistenza serve, andando in parallelo alla Re interna, a dimensionare la rete di reazione che determina la corrente che si vuole il driver assorba.

Certo! Con intendo la tensione tra base ed emettitore, non quella tra base e riferimento. Se aumenta la corrente su aumenta la caduta di tensione su di essa e quindi (essendo come dici quella di base fissa) diminuisce e quindi il guadagno e la corrente , stabilizzandola.

[obiuan]

... e quindi il guadagno ...

sostituisci guadagno con e ci siamo...