Diseño / disposición de la fuente de alimentación LED

En este momento estoy trabajando en un proyecto que incluye el manejo de múltiples interfaces LED. Tengo 16 interfaces LED en total, cada interfaz tiene dos entradas de 5V. Una entrada para los controladores LED de alta corriente y una entrada para la lógica digital. Mantuve la lógica y los suministros de carga separados debido al consumo de corriente fluctuante de los controladores LED (TLC5940). Las interfaces tienen una conexión a tierra común; sin embargo, las diseñé para que las conexiones a tierra del controlador LED y la conexión a tierra lógica solo se unan en un solo punto en el conector de alimentación. Todas las demás áreas de tierra lógica y controlador de LED están separadas entre sí. Los controladores LED de cada interfaz LED consumen alrededor de 1A cada uno.

Ahora no estoy seguro de cómo debo proporcionar todas esas interfaces. Actualmente estoy pensando en esto. Tengo cuatro interfaces que están agrupadas (así que tengo 4 grupos) que llamo 'unidades'. Todos los controladores LED de alta corriente de cada unidad son alimentados por un solo suministro regulado de 5V/7A. Todos los lados lógicos de las unidades LED son alimentados por un solo suministro de 5V/10A. Ver la imagen para una referencia. ¿Alguien puede decirme si esta configuración (incluida la separación de los controladores LED de alta corriente y los componentes lógicos) es una buena idea? ¿Estoy evitando bucles de tierra de alta corriente con esta configuración? Si alguien tiene algún consejo o truco, ¡me encantaría escucharlo! ¡Gracias por todo tu tiempo!

En la imagen, el lado izquierdo de una unidad son los controladores LED de alta corriente, separados a tierra de los componentes lógicos del lado derecho. Ambos terrenos se encuentran en el pin de tierra común de la fuente de alimentación de la interfaz. La fuente de alimentación más adecuada está alimentando todos los componentes lógicos. Tanto los controladores LED como los componentes lógicos son alimentados por una fuente de alimentación de 5V.

EDITAR:Entonces, como @Dave mencionó en los comentarios, el diseño en la primera imagen no es una buena solución en absoluto. Mi primer diseño se parecía a la imagen de abajo. Si no me equivoco, no tendré ningún bucle de conexión a tierra entre las interfaces/la unidad del procesador principal, ya que las conexiones a tierra están unidas en la fuente de alimentación (puedo llamar a esto conexión a tierra en estrella, ¿verdad?). Con esta configuración, solo me preocupan las (posibles) caídas de voltaje en el riel de 5V. Debido a que la carga puede variar bastante, por ejemplo, si todos los LED se encienden, la demanda de corriente aumenta aproximadamente en 16 A. Por supuesto, desconecté los TLC5940 de cada interfaz con algunos condensadores grandes. Además se me olvidó mencionar que la lógica es alimentada por un regulador 3V3 (LDO) que se conecta al riel de 5V de la interfaz de led. Sin embargo, yo' Todavía me preocupan las posibles caídas de voltaje en el riel de 5 V cuando las interfaces de LED controlan todos los LED. En la práctica, ¿funcionaría una configuración como esta con una sola fuente de alimentación conmutada grande? ¿O estoy buscando problemas con este tipo de configuración? ¡Gracias por el aporte!

ingrese la descripción de la imagen aquí

Veo 5 fuentes potenciales de bucles de tierra. Más fuentes de alimentación significan más oportunidades de bucle de tierra. ¿Está hablando de usar múltiples PSU para distribuir el potencial de tierra para que pueda ser perezoso y no estrellar tierra para retornos de tierra de alta corriente? La puesta a tierra en estrella no detiene los bucles de tierra. Los bucles de tierra no son inherentes a los suministros de alta potencia (solo en suministros mal aislados, sinceramente, no hay razón para no tener un aislamiento galvánico completo en estos días). ¿O se refiere a diseños de distribución deficientes en los que la alimentación y la tierra forman un bucle de inducción? Lo cual también se resuelve con un diseño de diseño correcto.
@Dave, agregué información a mi publicación original.

Respuestas (2)

Bien, ahora tengo suficiente información para responder. En pocas palabras, cuantas menos fuentes de alimentación tenga, mejor. Es mejor tener una fuente de alimentación que pueda hacer frente a las necesidades de corriente más altas que tener dos fuentes de alimentación, una para la lógica y otra para los LED. La única vez que esto no es cierto es cuando las dos fuentes de alimentación están conectadas internamente. Es decir, tiene una fuente de alimentación que puede proporcionar tanto 15 A a 5 V como 800 mA a 3,3 V. Menos piezas siempre es mejor, además de que enrutar los cables de CA a todos los suministros sería horrible desde una perspectiva de seguridad.

Sí, eso es un terreno estelar. Sí, así es exactamente como lo hace, aunque para ser honesto, la puesta a tierra en estrella no ayuda a los circuitos digitales, los planos de tierra absorben mejor el ruido de conmutación de los transistores.

Otros pensamientos: si solo necesita tener todos los LED encendidos durante unos segundos o menos, podría salirse con la suya con una fuente de alimentación de corriente más baja y amortiguar la corriente necesaria con condensadores. Un ejemplo: Tienes 3 LEDs de 10W (para simplificar). Si alguna vez son uno al mismo tiempo, solo están encendidos durante 2 segundos antes de que uno de ellos se apague. No puede hacer que la línea de 5V caiga por debajo de 4.7V antes de que algo explote (por simplicidad, no por realidad). Potencialmente, podría amortiguar el consumo de corriente agregando un condensador 1334F (no es realista). Obtienes eso de E = 0.5*C*(V^2) donde V es el cambioen el voltaje que puede aceptar, c es la capacitancia y e es la energía, que obtuvimos de 3*10W durante 2 segundos (3*10*2=60J). Eso es solo un ejercicio de pensamiento, no sé su tiempo. Pero, si el concepto funciona hasta donde puede amortiguar el consumo de corriente con un capacitor, dimensione la fuente de alimentación en función de la rapidez con la que necesita recargar ese capacitor y no de la cantidad de consumo de corriente instantáneo que tiene.

Henry Ott me convenció de que un plano de tierra sólido sobre toda la PCB es mejor que dividir el plano de tierra, a menos que tenga un convertidor de analógico a digital con más de 14 bits de resolución, o esté haciendo algo exótico como deliberadamente la elaboración de una antena de RF u otros componentes de RF a partir de material de PCB. "Particionamiento y diseño de una PCB de señal mixta" ; "Puesta a tierra de PCB de señal mixta" ; "Consejos generales para evitar el ruido" ; " Traza cruzando el plano de potencia dividido "; etc.

También puede estar interesado en las preguntas frecuentes sobre "Suministro de energía a una PCB de señal mixta" , que menciona

un concepto erróneo común de que todas las corrientes de señales analógicas y digitales fluyen de regreso a la fuente de alimentación.

Esto es exactamente lo que quieres evitar.

En una placa correctamente diseñada y dispuesta, todas las señales y las corrientes transitorias se limitan a la placa de circuito impreso. La fuente de alimentación suministra solo corriente continua a las placas. Todas las señales y las corrientes transitorias se suministran desde los condensadores de desacoplamiento en la PCB y fluyen en pequeños bucles confinados a la placa. Hacer lo contrario crea importantes problemas de EMC e integridad de la señal.

Marc Defossez, en la pág. 23 de su "Nota de aplicación de soluciones D-PHY" , tiene un buen espectro de las frecuencias típicas que se ven en las PCB y la estrategia de desacoplamiento adecuada para cada banda de frecuencia. (Gracias por la referencia, Dave).

Suena como un proyecto divertido. ¡Buena suerte!

No se discutió la opción de conector de ferrita entre tierras, ¿por qué? Tampoco hay referencia a qué frecuencias se desvían mejor por qué formas de capacitancia (y, por lo tanto, cuándo usar cosas como estrella versus plano de tierra). xilinx.com/support/documentation/application_notes/… (página 23)
Henry Ott me ha convencido de que una conexión de metal sólido entre tierras es mejor que un condensador o un conector de ferrita entre tierras. Es por eso que no discutí esa opción (¿inferior?). Esa nota de la aplicación Xilinx parece útil. Si estoy leyendo p. 21 correctamente, parece estar diciendo que siempre use planos de energía y tierra, nunca use conexiones en estrella para energía o tierra. Tiene buenos consejos para diseñar una placa con un FPGA conectado a un bus digital diferencial de 800 Mb/s de baja potencia. No estoy seguro de cuánto de eso es útil para los controladores LED de alta potencia TLC5940 que funcionan como máximo a 30 MHz y probablemente menos.
Esta nota también es para circuitos lógicos digitales donde los transistores realmente usarán un plano de tierra y donde la teoría de la línea de transmisión requiere un plano de potencia. Star Ground es absolutamente una mejor idea en ciertas aplicaciones (como el conector de la batería en un extremo y que tiene cuatro circuitos de alta potencia que se extienden hacia afuera en el tablero). Solo hago referencia a ese documento porque es el único que he encontrado que hace referencia a estrategias de desacoplamiento para la mayor parte del espectro utilizado.
@Dave: Gracias por la referencia. Parece que está buscando información sobre "¿Cuándo debo usar un plano de tierra y cuándo es mejor una estrella?". Creo que deberías publicar eso como una nueva pregunta de nivel superior, donde atraerá mejores respuestas que las que se esconderían en comentarios en letra pequeña.