Тестер светодиодов 💡 с экраном OLED и питанием LiIon 18650 (проектирование, схема, плата)

Вступление

При ремонте вышедших из строя ламп, подсветки, других светоизлучающих приборов и устройств необходимо проверять светодиоды, причем их количество обычно демятки-сотни. Казалось бы, с помощью мультиметра можно легко это сделать, НО неприятности возникают при проверке сразу большого количества светодиодов, и тем более диодов с несколькими кристаллами внутри одного корпуса, потому что выходного напряжения хватает только на 1-2 светоизлучающих элемента и то при низком токе..

Решением станет проверяльщик, который будет представлять собой источник тока. Такая штука будет выдавать строго тот ток, который задан (в идеале), а для этого изменять выходное напряжение.

Простейший  источник тока на двух транзисторах уже был изготовлен, ток в нем определяется сопротивлением резистора-шунта (что для возможности изменять ток неудобно), кроме этого выходное напряжение не может быть больше напряжения источника питания.

Таким образом для простейшего проверяльшика светодиодов нужно соединить высоковольтный преобразователь (вольт так на 100) и генератор тока, при этом сделать его управляемым и обладающим всякими фишками. Но для разработки этого прибора будет применен микроконтроллер, что позволит получить прибор с большими возможностями.

Купить на Aliexpress

🏷️ Кнопки 3X4mm (1.57💲): https://ali.ski/xkG9vj
🏷️ MOSFET AO3400 30V 5.8A 10pcs (0.83💲): https://ali.ski/xoVz6
🏷️ 3.3V XC6206 50pcs (0.69💲): https://ali.ski/Cqv3K
🏷️ OLED 128X64 1.91' (1.55💲): https://ali.ski/L5WVJg
🏷️ Inductor CDRH127 10uH 10pcs (1.88💲): https://ali.ski/a_fja
🏷️ Liitokala 100% New HG2 18650 3000mAh (2.54💲): https://ali.ski/e2l88
🏷️ TP4056 SOP-8 20pcs (0.96💲): https://ali.ski/e2l88
🏷️ SMT USB 3.1 Type-C 16pin (0.97💲): https://ali.ski/e2l88
🏷️ 0603 SMD Resistor Kit 660pcs (1.25💲): https://ali.ski/myDDH

🛒 Мой мультиметр T21D RM113D (13.81💲): https://ali.ski/ED0syl

Структурная блок-схема устройства

  • Повышающий преобразователь напряжения на микроконтроллере

МК создает ШИМ-сигнал, который управляет полевым транзистором, который является частью  повышающего преобразователя напряжения.

  • Контроль выходного напряжения

Нужно следить за выходным напряжением, что осуществляется через делитель на резисторах, подключенный к АЦП с возможностью отключения для экономии энергии в режиме ожидания.

  • Плавное включение

Также неплохой функцией будет плавное нарастание выходного напряжения, сделать это будет несложно.

  • Настраиваемый стабилизатор тока

Для этого необходимо измерение выходного тока, для чего последовательно включается резистор-шунт.

  • Экран

Добавив миниатюрный сегментный индикатор получаем возможность отображения падающего напряжения. Это улучшит уверенность при использовании. Но он здоровый, неудобный в использовании и неинформативный, поэтому рассматривается вариант маленького экранчика 0.91'' на органических светодиодах. Таким образом можно  отобразить куча параметров:

  • напряжение падения (выходное)
  • расчетное количество СИД
  • текущий ток
  • статус аккумулятора,

Прозвонка

При проверке СИД на плате также нужно выяснять электрические соединения, поэтому добавлена возможность прозвонки. При напряжении падения меньше X Вольт (низкоомный участок) включается пищалка. Ну и вообще она лишней не будет.

Выбор компонентов

Из-за больших значений напряжения необходимо было выбрать компоненты, которые смогут выдерживать более сотни вольт, рассеивать большую мощность и коммутировать большими токами.

Микроконтроллер

Был взят неплохой МК STM32F030K6T6, у него достаточное количество ножек и частота до 48 МГц, а главное это память 32 кБ, ибо 16 кБ уже не хватит.

Транзисторы

Здесь нужен относительно высоковольтный полевик с током где-то 10 ампер. Обычные IRFxxx не подходят из-за высокого отпирающего напряжения, самым подходящим был бы IRL640 (200В, 17А), но пока будет установлен IRL540.

Помимо IRLML советую присмотреться к AO3400, которые имеют отличные параметры при низкой цене, могут управлять мощной нагрузкой при низком управляющем напряжении затвор-исток.

Диод

Нужен быстрый диод с прямым напряжением не менее 200 В. Но был взят S1K с током 1А и обратным напряжением 800 В.

Кнопки

Недорогие доступные и миниатюрные кнопочки.

Нажимаются легко и с довольно приятным щелчком, размеры 3 мм на 4 мм на 2 мм.

Катушка индуктивности

Нужен дроссель поверхностного монтажа с высоким током, здесь CDRH127/LDNP-100MC на 10 мкГн с током до 6.7А.

Конденсаторы

Входной: Не обязательно, но ставить буду танталовый (выпаял с платы) 22 мкФ 16В.

Выходной: Хотелось бы использовать танталовый, но здесь же более сотни вольт, поэтому обычный электролитический боченок с запасом по напряжению.
Остальные: Обычные керамические 0603.

Аккумулятор

Сложно подобрать недорогой аккум подходящих размеров, поэтому взят немного большеватый высокотоковый 18650, самое главное это отсек для него, который напаивается прямо на плату без сквозных отверстий.

Контроллер заряда

Самый доступный миниатюрный LTC4054, точнее его копия TP4056. Может заряжать током до 1 А, имеет светодиодную индикацию процесса зарядки и её окончания.

Стабилизатор напряжения с малым падением

Интересная микросхемка XC6206P332MR в корпусе SOT-23 с напряжением 3.3В для питания МК.

Разъем

Конечно же здесь православный универсальный УПШ типа-C, используется он только для зарядки аккумулятора.

Все компоненты для устройства

Версия пре-пре-α (на макетной плате)

Работает. Пользоваться довольно удобно. Но нужно больше выходной мощности, чтобы тащить несколько десятком светодиодов при токе 10 мА и больше.

Версия пре-α (на макетной плате)

Я пытался мучать разные светики обратным напряжением около 100 В, но убить получилось только один 5 мм (он перестал светится и только при отключении питания немного вспыхивал на долю секунды). В тех.док. на некоторые есть параметр обратного напряжения, поэтому рисковать не нужно.

Добавлена кнопка, это позволит не убить СИД высоким обратно приложенным напряжением, т.к. по умолчанию на выходе будет присутствовать около 3-4 В, и только при нажатии кнопки (после определения полярности) оно будет расти.

Добавлена схема для измерения малых токов, это нужно и важно, ведь теперь кроме отображения выходного протекающего тока добавлена обратная связь по току, что нужно для выставления тока.

Схема электрическая принципиальная

Схема расположения компонентов

Печатная плата

Версия α (на плате)

Хватит играться с корявыми макетками! Создана и изготовлена на заводе красивая плата, позволяющая соединить все части устройства.

Размеры малы (100 мм х 20 мм), а монтаж почти полностью односторонний.

Поэтапная сборка

Разъем питания и контроллер заряда

Все знают об платках с МС контроллера заряда Li-Ion аккумулятором TP4056, сначала они имели гнездо USB Mini-B, потом USB Micro-B, а теперь и до USB Type-C добрались, но китаезы забыли (или не знали) и не обеспечили поддержку зарядных с Power Delivery.

Но в этой плате это было учтено и помня об особенностях зарядных с Power Delivery установлены резисторы 5.1 кОм между выводами разъема CC1, CC2 и GND.

И теперь подключив временно аккумулятор заряжать можно как от обычных зарядок, так и от ноутбучных PD зарядных устройствах.

 

Самая простая часть проверена, продолжаем 

Микроконтроллер и основная обвязка

Микроконтроллер, конденсаторы по питанию, цепь для выбора загрузки и перемычка (UART/SWD), кнопка сброса и штыри.

Этого уже достаточно для подключения через отладчик к ПК и проверки правильного определения через STM32CubeProgrammer. Также уже установлен стабилизатор 3.3В.

Кнопки и динамик

Здесь две маленькие кнопочки, которые позволят вести управление.

А динамическая головка (из телефона, поэтому негромкая) будет пищать при нажатии, или еще где-нибудь.

И также пока просто провода, идущие к аккумулятору.

Преобразователь с делителями напряжения и экран

Проверка

После подключения аккумулятора проверка заряда с питанием через разъем USB-C проходит хорошо, нагрев при этом значительный, но за счет массивных областей меди теплота будет распределятся по всей плате.

[здесь замеры тока с подключенным аккумулятором]

Кнопки работают хорошо (главное не забыть включить подтяжку к плюсу).

Проверка пищалки будет проста, здесь пускаю ШИМ сигнал с управлением кнопкой.

Также измерение напряжения аккумулятора проходит хорошо, учитывая коэффициент деления делителя напряжения.

Исправления платы

Как обычно первый блин имеет некоторые недостатки 

  • закрыть маской некоторые переходные отверстия
  • добавить полигон возле конденсатора
  • исправить посадочное место мощного транзистора

Видео (часть 1)

Купить на Aliexpress

🏷️ Кнопки 3X4mm (1.57💲): https://ali.ski/xkG9vj
🏷️ MOSFET AO3400 30V 5.8A 10pcs (0.83💲): https://ali.ski/xoVz6
🏷️ 3.3V XC6206 50pcs (0.69💲): https://ali.ski/Cqv3K
🏷️ OLED 128X64 1.91' (1.55💲): https://ali.ski/L5WVJg
🏷️ Inductor CDRH127 10uH 10pcs (1.88💲): https://ali.ski/a_fja
🏷️ Liitokala 100% New HG2 18650 3000mAh (2.54💲): https://ali.ski/e2l88
🏷️ TP4056 SOP-8 20pcs (0.96💲): https://ali.ski/e2l88
🏷️ SMT USB 3.1 Type-C 16pin (0.97💲): https://ali.ski/e2l88
🏷️ 0603 SMD Resistor Kit 660pcs (1.25💲): https://ali.ski/myDDH

🛒 Мой мультиметр T21D RM113D (13.81💲): https://ali.ski/ED0syl

Итого

продолжение следует...

531
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!
Загрузка...