Consideraciones de diseño de la fuente de alimentación CC/CC LED de alta potencia (hasta 400 W)

Estoy diseñando una fuente de alimentación para un LED COB de alta potencia que requiere 360 ​​W @ ~ 75 V desde una entrada variable de ~ 60-80 V CC. Me di cuenta de que es difícil encontrar circuitos integrados de controladores de conmutación que anuncien que pueden operar con salidas de potencia tan altas, y aquellos que lo hacen tienden a ser relativamente complejos con más de 40 pines y una gran lista de materiales externa (por ejemplo, LT8210 ) .

Anteriormente, diseñé un circuito de controlador de LED reductor mucho más simple usando el AL9910 , aunque con una potencia de salida más baja y una topología única, que era lo más cerca posible del circuito convertidor reductor básico, pero funcionó en esa aplicación sin ningún problema. Ahora estoy tratando de entender cuáles son las diferencias inherentes entre las aplicaciones de alta y baja potencia, y si podría simplemente usar un circuito integrado de conmutación "básico" reductor/elevador con componentes "actualizados" o si habría algunos problemas importantes con este enfoque .

Algunas posibles explicaciones de las diferencias entre los circuitos integrados que se me han ocurrido son:

  1. Eficiencia : la eficiencia máxima del AL9910 está justo por encima del 90 %, mientras que el LT8210 parece estar más cerca del 98 %, lo que sin duda es mucho más importante en salidas de mayor potencia, aunque no necesariamente una preocupación importante en mi aplicación.
  2. Calor : la mayor potencia de salida genera más calor en los componentes involucrados, lo que a <90% de eficiencia es muy significativo, sin embargo, habría asumido que esto no tiene un efecto importante en el IC del controlador de conmutación en sí mismo si los componentes externos son capaces de lidiando con eso. Aunque es un desperdicio, podría preferir un disipador de calor y un ventilador más grandes que un circuito más complejo en general.
  3. Regulación - Regulación estricta de voltaje y reducción de ruido.
  4. Acoplamiento inductivo : las corrientes más altas involucradas tienen un mayor efecto en las trazas de la señal.
  5. Aplicaciones más complejas : tiene sentido que tales sistemas de alta potencia normalmente se encuentren en aplicaciones más complejas, donde los circuitos adicionales para precisión, seguridad, etc., valen la pena dado el mayor costo, por lo que los diseños simples son poco comunes.

Para resumir mi pregunta:

¿Qué limitaciones prácticas o dificultades inesperadas existen al aumentar la potencia de salida de los circuitos integrados del controlador del interruptor de alimentación externo básico más allá de sus "aplicaciones típicas" recomendadas? ¿Son estas limitaciones abordadas (in)directamente por los circuitos integrados del controlador más complejos?

Un ejemplo concreto para esta pregunta:

El LT3757 proporciona una aplicación típica con una entrada de 8V-16V y una salida de 24V 2A. Vines el único pin vinculado a la parte de alimentación del circuito, el MOSFET de conmutación es externo. ¿Hay alguna razón por la que no se pueda hacer un circuito con una salida de 100 V 5 A ajustando los divisores de voltaje MOSFET, inductor y retroalimentación, suponiendo que el voltaje de entrada se aumente en la misma cantidad?

Como se trata de un proyecto de bricolaje como hobby, no me preocupa demasiado la eficiencia, la seguridad y el costo de los componentes, pero me gustaría evitar diseñar y pedir una placa de circuito impreso que termine sin funcionar.

Creo que has hecho un buen trabajo al describir bien la situación. Te daré un +1 por eso, ya que a menudo no se hace tan bien. Dicho esto, también estoy de acuerdo con la única persona (en este momento) que votó para cerrar la pregunta por falta de enfoque. Está pidiendo demasiado y debería poder reducirlo un poco, guardando preguntas menos relacionadas para un momento diferente. Mire su resumen y vea si puede organizarlos en "grupos estrechamente relacionados" y luego elija un grupo altamente relacionado para preguntar, dejando el resto a un lado para más adelante.
Esta es la primera vez que he querido hacer +1 en una pregunta y, al mismo tiempo, también quería votar para cerrarla.
Gracias por los comentarios @jonk, espero que mi edición haya hecho que la pregunta sea más directa. ¡Parece que mi selección original de preguntas era tan amplia como el tema de las fuentes de alimentación en sí! Desafortunadamente, la combinación de una gran curiosidad y una amplia selección de posibles soluciones siempre me lleva a muchas de ellas.
Todavía es muy amplio, "por favor compare los sistemas de alta potencia con los sistemas de baja potencia", y realmente no aborda lo que esperaba que fuera "estrecho y concreto". Pero me retracté de mi voto para cerrar, de todos modos. (Renuncio a la oportunidad de revertir eso, al hacerlo también). El resto está bien y quizás alguien aborde una faceta de su pregunta. En mi opinión, todo se vuelve más complicado al pasar de menor potencia a mayor potencia. Nada queda ileso. Todo es más difícil, requiere más reflexión, requiere la adición de aún más y más protecciones, advertencias, etc.
Una vez más editado esta vez con un ejemplo concreto. De hecho, esa es la preocupación general que tenía, ya que una parte obvia de la respuesta a mi pregunta es que lo más probable es que haya una buena razón para la "complejidad": nadie lo hace por diversión. Mi esperanza aún al preguntar es que podría darse el caso de que eliminar una parte de esas protecciones y las expectativas de ciertas características podría permitir un circuito básico que funcione, pero anticipo completamente una variedad de razones por las que esto no es posible.
¿Qué es la fuente de alimentación variable de 60-80V? Es un pequeño problema ya que te obliga a usar un impulso de dinero.
@bobflux, el suministro variable es una batería de litio, aunque desde entonces he decidido que sería mejor impulsar una batería de 25-40 V para evitar el aumento de potencia.
Buck es más eficiente que boost. ¿Su COB de 75 V está hecho de dos COB en serie?

Respuestas (3)

Su pregunta parece estar en la línea de ... esta es solo una aplicación de bricolaje de pasatiempo, entonces, ¿tiene sentido usar un diseño bastante simple 'más grande' que sé que funciona en lugar de comenzar de nuevo con algo más complejo usando componentes mejor? adecuado a la aplicación específica.

En la aplicación limitada que menciona, le daría un SÍ cauteloso. En particular, deberá prestar atención a la capacidad de la unidad de disco de su chip controlador y almacenarlo en un búfer si es necesario.

Desafortunadamente, con tanta potencia para regular en el modo Boost/buck, la estabilidad para todos los requisitos de aumento o disminución de la carga hasta límites de error estrictos requiere un control complejo de la energía de entrada y salida con compensación de pendiente, absorción con polarización previa, arranque suave , OVP, OCP, OTP/

Otro ejemplo es el TI LM5036

Esto también se suma al costo del suministro de origen, que es un suministro no regulado que requiere un impulso.

Mi sugerencia es elegir el diseño de fuente de alimentación adecuado de CA a CC para que la arquitectura se optimice en lugar de comprometerse. Esto da como resultado solo un modo reductor o reductor que es mucho más estable y menos complejo. Las fuentes de energía de este tamaño comercialmente también necesitan tener un PFC activo.

Por lo tanto, no existe una solución simple para agregar a su suministro, sin embargo, el costo de la lista de materiales por volumen puede ser tan bajo como el de un producto comprado.

Hacer vs Comprar => COMPRAR

¿Por qué no pensar en su trabajo como una fuente de corriente de 5 A? Esto le daría a los LED alrededor de 75 VCC. La corriente no necesita ser asombrosamente precisa. Si la corriente tuviera un coeficiente de temperatura negativo pequeño, esto haría que el diseño fuera más robusto. Si puede aceptar esto para su trabajo, puede usar partes discretas y las cosas son muy simples. Será solo un limitador de corriente reductor que será tan eficiente como un convertidor reductor sin pérdidas de encendido.

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