Как побороть просадку яркости индикатора при кратковременном включении мощного потребителя?

[Alexandr Sorokin]

Собираю простой измеритель CO2 на ардуинке и датчике MHZ-19b. Чтобы было поинтереснее, добавил экранчик, пару кнопок, пищалку и фотодиод. Питание устройства - USB компьютера или маломощный телефонный зарядник. Для индикации использую сегментный индикатор:

Включением сегментов на индикаторе заведует сдвиговый регистр 74HCT164, яркость регулируется с помощью ШИМ на ардуине на основе показаний фотодиода. На индикаторе каждый сегмент - отдельный диод. Яркость зеленых сегментов почему-то оказалась на порядок выше, пришлось на них поставить резисторы побольше.

Собрал все на бредборде, написал прошивку, все работает! Однако глаз не радует - есть проблема. Во время измерений (когда включается датчик co2), яркость индикатора на долю секунды просаживается.

Видео. От реальности далеко - камера не справляется, но проблему видно. На самом деле гораздо заметнее, яркость падает наполовину, и это бесит неимоверно!

На осциллографе момент выглядит так:

Предполагаю, что проблема в том, что датчик кушает относительно большой ток. Согласно даташиту, https://www.winsen-sensor.com/d/files/infrared-gas-sensor/mh-z19b-co2-ver1_0.pdf
Average current < 60mA(@5V)
Peak current 150mA (@5V)

Общая схема устройства примерно такая (немного не полная, извиняюсь, но смысл, думаю, передает). BAR1 - это тот самый злополучный индикатор.

Пытался бороться разными способами, но каждый шаг вообще никак не повлиял на проблему.
- Питание на датчик и на сдвиговый регистр провел напрямую с USB, а не с 5v ардуинки.
- Выкинул все "лишнее" - ШИМ, фотодиод, пищалку.
- Добавил электролиты побольше на датчик и регистр.
- Попробовал повтыкать китайский стабилизатор напряжения в разные места - до устройства, на датчик, на регистр.

Затем решился на кардинальные изменения. Выкинул сдвиговый регистр со всей обвязкой и заменил их на Constant Current LED Driver MBI5001CN (даташит http://malibor.by/sitedocs/08276.pdf) И опять полный провал! Хуже того, зеленый моргает при просадке заметно сильнее остальных т.к пришлось его по яркости выравнивать дополнительным резистором...

 

За сим идеи закончились, пришло время идти на поклон к старшим товарищам и просить помощи. Посоветуйте, пожалуйста, куда копать и как можно решить проблему.

 

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Электронщик]

На сколько помню потребление датчика около не меньше 100мА это точно, не помню сколько но мерял там было что-то в пределах 100-350мА, датчик то этот с нагревательным элементом и спираль разогревается естественно за счет протекающего тока через него, кстати этот датчик после включения на разогрев программно прописывается 30с задержка, после которых и включай индикацию, так как разогрев составляет приблизительно около 22с., и в это время и потребление больше и на выходе датчика фигня.

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[Dr. West]

И ещё - на этих "бредбордах" контакты выполнены хорошо, если из лужёной жести и на больших токах могут вести себя непредсказуемо. Плюс куча переходных сопротивлений от перемычек.
Кстати, почему напряжение питания ещё до просадки всего 4,6 Вольта, может сам источник или кабель питания некачественный?

зы. Схема практически "не читается", т.е. бесполезна, зачем так рисовать? 

[Реклама]

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[_abk_]

On 9/23/2020 at 3:57 AM, Alexandr Sorokin said:

яркость индикатора на долю секунды просаживается

Так и должно быть. При падении напряжения питания с 4,62 до 3,93В ток через, например, зеленый светодиод индикатора уменьшается почти в  два раза. И это еще не все.

Тип индикатора вы не указали, а зря. Сомнительно, что номинальный ток сегментов индикатора  должен быть около 0,5 мА. Скорее, 10 мА. Для kyx-b10rygb, например, номинальный ток 20мА. Уменьшите резисторы раз в 20 и будет вам счастье. Как нибудь так для 5В:

 

Изменено 25 сентября, 2020 пользователем _abk_
дополнил

[Реклама]

Сравнительное тестирование аккумуляторов EVE Energy и Samsung типоразмера 18650

Инженеры КОМПЭЛ провели сравнительное тестирование аккумуляторов EVE и Samsung популярного для бытовых и индустриальных применений типоразмера 18650. 

Для теста были выбраны аккумуляторы литий-никельмарганцевой системы: по два образца одного наименования каждого производителя – и протестированы на двух значениях тока разряда: 0,5 А и 2,5 А. Испытания проводились в нормальных условиях на электронной нагрузке EBD-USB от ZKEtech, а зарядка осуществлялась от лабораторного источника питания в режиме CC+CV в соответствии с рекомендациями в даташите на определенную модель. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[LazyEd]

А не проще для начала определить место, где падает напряжение? Если непосредственно на выходе источника питания, то источник заменить на более мощный. Если на источнике нормально, то искать в схеме длинные провода, плохие контакты, смотреть разводку общего провода. Китайские провода могут преподнести много сюрпризов, у меня есть провод 2 банана-2 крокодила длиной 1 метр с сопротивлением 3 Ом и явно выраженными магнитными свойствами.

[Реклама]

Литиевые аккумуляторы EVE Energy и решения для управления перезаряжаемыми источниками тока (материалы вебинара)

Опубликованы материалы вебинара Компэл, посвященного литиевым аккумуляторам EVE Energy и решениям для управления перезаряжаемыми источниками тока.

На вебинаре мы представили информацию не только по линейкам аккумуляторной продукции EVE, но и по решениям для управления ею, что поможет рассмотреть эти ХИТ в качестве дополнительной альтернативы для уже выпускающихся изделий. Также рассмотрели нюансы работы с производителем и сервисы, предоставляемые Компэл по данной продукции. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Электронщик]

5 часов назад, _abk_ сказал:

Скорее, 10 мА. Для kyx-b10rygb, например, номинальный ток 20мА. Уменьшите резисторы раз в 20 и будет вам счастье. Как нибудь так для 5В:

Тут согласен, по 200Ом резисторы в самый раз, вот только вытянет ли такой ток сдвиговый регистр когда загорится вся линейка, ведь это получится около 100мА( а макс. ток питания регистра 50мА,, значить максимальный выходной ток для корпуса не больше 40-45мА может выдержать) , я бу поставил после регистра либо транзисторы, либо такое 

Либо резисторы по 470Ом, тогда ток конечно будет в пределах 4-6мА, для разных сегментов, но по идее регистр возможно останется жив, и индикатор хоть-как-то будет более менее моргать. 

Изменено 25 сентября, 2020 пользователем Электронщик

[Реклама]

Литиевые батарейки и аккумуляторы от мирового лидера  EVE в Компэл

Компания Компэл, официальный дистрибьютор EVE Energy, бренда №1 по производству химических источников тока (ХИТ) в мире, предлагает продукцию EVE как со склада, так и под заказ. Компания EVE широко известна в странах Европы, Америки и Юго-Восточной Азии уже более 20 лет. Недавно EVE была объявлена поставщиком новых аккумуляторных элементов круглого формата для электрических моделей «нового класса» компании BMW.

Продукция EVE предназначена для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[солар]

Склоняюсь к тому, что засад в программе. Как вариант - затык интерфейса с 595-ой в момент обращения к датчику.

[LazyEd]

Ну у него вроде как напряжение проседает, хотя непонятно где. Программа такого дать не должна.

[солар]

Напряжение не то чтобы проседает, а подается "0" на короткое время.

23.09.2020 в 00:57, Alexandr Sorokin сказал:

На осциллографе момент выглядит так:

Куда тыкнулся?

[_abk_]

7 hours ago, LazyEd said:

А не проще для начала определить место, где падает напряжение?

Для начала надо правильно включать индикатор. Если не усложнять ничего, хватит и 5...8 мА. Но никак не 0,4 мА. А пть сегментов с резисторами из таблицы не дотянут и до 45 мА общего тока через НСТ164.

[Электронщик]

их десять сегментов, и не понятно сколько он их юзает

ДА и он уже ж поставил Constant Current LED Driver MBI5001CN, которая может до 90мА тянуть

[_abk_]

17 hours ago, Электронщик said:

он уже ж поставил... MBI5001CN 

Значит, неправильно ток задал. Можно только гадать, т.к. информации недостаточно. ТС себя этим не утруждает.

[Alexandr Sorokin]

On 9/24/2020 at 10:05 PM, Электронщик said:

на разогрев программно прописывается 30с задержка, после которых и включай индикацию, так как разогрев составляет приблизительно около 22с., и в это время и потребление больше и на выходе датчика фигня.

Если выключать индикатор на время измерений, то моргать он будет еще заметнее, так что не вариант. Однако согласен с вами насчет 30с минимум между измерениями. Сейчас поставил меньшее значение просто для тестов, в финальной версии интервал обязательно сделаю больше.

 

On 9/25/2020 at 4:27 AM, Dr. West said:

И ещё - на этих "бредбордах" контакты выполнены хорошо, если из лужёной жести и на больших токах могут вести себя непредсказуемо. Плюс куча переходных сопротивлений от перемычек.
Кстати, почему напряжение питания ещё до просадки всего 4,6 Вольта, может сам источник или кабель питания некачественный?

зы. Схема практически "не читается", т.е. бесполезна, зачем так рисовать? 

Согласен, контакты на "бредбордах" - большая печаль. Однако экспериментальная сборка навесным монтажем дала примерно такой же результат.

Источник - usb компьютера, в зависимости от используемого кабеля и порта получается небольшой разброс - от 4.6 до 4.8в.

Схема в таком виде проще редактируется, да и была изначально сделана не для показа кому-нибудь, а лишь для последующей разводки платы. За замечание спасибо, в следующий раз буду делать по-другому.

 

On 9/25/2020 at 5:22 AM, _abk_ said:

При падении напряжения питания с 4,62 до 3,93В ток через, например, зеленый светодиод индикатора уменьшается почти в  два раза.

До вашего замечания почему-то ожидал практически линейной зависимости. Но теперь сходил посмотрел на ВАХ внимательнее, и да, сам дурак.

On 9/25/2020 at 5:22 AM, _abk_ said:

Тип индикатора вы не указали, а зря. Сомнительно, что номинальный ток сегментов индикатора  должен быть около 0,5 мА. Скорее, 10 мА. Для kyx-b10rygb, например, номинальный ток 20мА. Уменьшите резисторы раз в 20 и будет вам счастье. Как нибудь так для 5В:

К сожалению, ни на самом индикаторе, ни на странице китайского продавца нет никакой маркировки. Однако картинка в моем посте по внешнему виду соответствует тому что у меня на руках. Сделал замеры, получил такие данные (R - сопротивление подключенного токоограничительного резистора):

 

On 9/25/2020 at 11:00 AM, Электронщик said:

Тут согласен, по 200Ом резисторы в самый раз, вот только вытянет ли такой ток сдвиговый регистр когда загорится вся линейка, ведь это получится около 100мА( а макс. ток питания регистра 50мА,, значить максимальный выходной ток для корпуса не больше 40-45мА может выдержать) , я бу поставил после регистра либо транзисторы, либо такое 

Спасибо за наводку! По результатам изысканий выходит что меньше 30мА на сегмент подавать - плохой вариант, и транзисторная сборка будет в самый раз.

On 9/25/2020 at 11:40 AM, солар said:

Склоняюсь к тому, что засад в программе. Как вариант - затык интерфейса с 595-ой в момент обращения к датчику.

С программой все хорошо. Подключение индикатора напрямую к питанию (без мк и даже без сдвигового регистра, только с резисторами) дает аналогичный результат.

On 9/25/2020 at 12:43 PM, солар said:

Куда тыкнулся?

Выход источника питания - напрямую в usb порт.

On 9/25/2020 at 1:35 PM, _abk_ said:

Для начала надо правильно включать индикатор. Если не усложнять ничего, хватит и 5...8 мА. Но никак не 0,4 мА. А пть сегментов с резисторами из таблицы не дотянут и до 45 мА общего тока через НСТ164.

Подобрал резисторы под ток ~10 мА, замеряя показания мультиметром. Результат тот же - яркость прыгает.

On 9/25/2020 at 1:52 PM, Электронщик said:

их десять сегментов, и не понятно сколько он их юзает

Используется 6 сегментов (3 цвета - красный, оранжевый, зеленый).

7 hours ago, _abk_ said:

Значит, неправильно ток задал. Можно только гадать, т.к. информации недостаточно. ТС себя этим не утруждает.

Вариант с лед-драйвером был тупиковым, я его просто от безысходности проверил, поэтому и не описывал детально. Тот драйвер что у меня на руках и без шима (для общей яркости), и без раздельной регулировки каналов. А значит ни выровнять яркость отдельных сегментов между собой не получится, ни общую яркость менять по данным фотодиода не выйдет - не соответствует изначальным пожеланиям. Может оно и реально, но не на моем текущем уровне развития : )

Проверял варианты, когда драйвер выдает токи приблизительно 10, 20 и 30, все выдали внешне похожий результат, изначальная проблема присутствовала. Ток на сегменте контролировал мультиметром, токозадающий резистор подбирал брутфорсом, токоограничительные резисторы на каждый сегмент не ставил (только на зеленый пробовал добавить) - подключал на прямую к драйверу .

============================================================================================================================

По советам (всем большое спасибо за участие!) осознал что в общем-то небольшое падение напряжения вызывает серьёзное снижение тока и, соответственно, яркости. Для эксперимента выкинул сдвиговый регистр из схемы, оставив только резистор и индикатор.

[питание от usb, осциллограф показывает напряжение на usb, мультиметр - ток на сегменте в мА]

Для желтого сегмента проблема с миганием ушла, когда минимальный ток стал больше 30ма (подключен через пару резисторов, дающих в сумме 68 ом):

С зеленым даже на большем токе все еще заметно (резистор 27ом):

В реальности заметно гораздо сильнее. Полагаю, что тут надо тупо пробовать еще больший ток, но стало страшновато. Даташита к моему индикатору у меня нет, не знаю как много можно подать на сегмент без риска его убить. Приблизительно похожий док говорит так так: 

 

что я понимаю как "нормально до 30, но кратковременно можно до 150". Но насколько кратковременно, и насколько часто можно давать peak - черт его знает.

Ну и вторая проблема - даже на фотках видно что яркость зеленого на порядок выше желтого (даже если подавать одинаковый ток, все равно на порядок будет отличие). Раньше я думал выравнивать яркость подбором резисторов, но теперь очевидно, что это не вариант. Добавлять что ли отдельный шим специально для зеленого?

 

===================================

Промежуточный итог

===================================

Получил новые знания:

- Осознал что, зависимость тока на светодиоде от напряжения  куда более нелинейная и непредсказуемая чем кажется на первый взгляд при беглом изучении графиков.

- Попытки применения закона Ома для расчета тока в моей ситуации у меня постоянно заканчиваются провалом и результаты вычислений не соответствуют практическим измерениям. Поработаю над этим моментом.

- Узнал про транзисторные сборки

- Буду уделять больше внимания схемам перед показом их людям.

Приблизился к решению проблемы:

- Желтый и красный сегменты работают правильно (без мигания) при обеспечении минимального тока в 30 мА. Для питания всех индикаторов ограничиться только сдвиговым регистром не выйдет, но как решать этот вопрос - понятно.

Оставшиеся вопросы, по которым прошу помощи:

1. Зеленый сегмент все еще мигает даже при токе 40мА, больше давать страшновато. Как узнать безопасный максимум если нет даташита и маркировки чтобы его сгуглить?

2. Зеленый гораздо ярче желтого и красного при одинаковых токах, но регулировать яркость током - нельзя, т.к. при его снижении ниже некоторого порогового значения получаем проблему с миганием, да и яркость начиная с определенного значения меняться перестаёт. Городить отдельный шим специально для зеленого (еще не факт что поможет) или есть еще варианты?

Изменено 26 сентября, 2020 пользователем Alexandr Sorokin

[Электронщик]

7 часов назад, Alexandr Sorokin сказал:

Если выключать индикатор на время измерений, то моргать он будет еще заметнее, так что не вариант. Однако согласен с вами насчет 30с минимум между измерениями.

Это не между измерениями, а сразу как подал питание на датчик ждешь 25-30с., пока разогреется спираль, а потом меряешь когда спираль разогрета.

 

7 часов назад, Alexandr Sorokin сказал:

В реальности заметно гораздо сильнее. Полагаю, что тут надо тупо пробовать еще больший ток, но стало страшновато. Даташита к моему индикатору у меня нет, не знаю как много можно подать на сегмент без риска его убить. Приблизительно похожий док говорит так так: 

Так даже там максимальный ток казан 30мА, это уже может привести к выходу из строя(потому больше 20мА для обычных светодиодов не рекомендуется)

 

7 часов назад, Alexandr Sorokin сказал:

1. Зеленый сегмент все еще мигает даже при токе 40мА, больше давать страшновато. Как узнать безопасный максимум если нет даташита и маркировки чтобы его сгуглить?

2. Зеленый гораздо ярче желтого и красного при одинаковых токах, но регулировать яркость током - нельзя, т.к. при его снижении ниже некоторого порогового значения получаем проблему с миганием, да и яркость начиная с определенного значения меняться перестаёт. Городить отдельный шим специально для зеленого (еще не факт что поможет) или есть еще варианты?

, а 150мА, это какие-то микросекунды, это же пиковый ток. Это если просто подать через резистор питание, или с выхода МК?

[100482]

Не понятно эти провалы напряжения есть на входе питания схемы?

[colorad]

23.09.2020 в 00:57, Alexandr Sorokin сказал:

Питание устройства - USB компьютера или маломощный телефонный зарядник

У зарядника напряжение выхода может меняться от нагрузки . Проверяли ?

А если питание МК перевести на 3.3В через стабилизатор с низким падением .

    Всю тему не читал, если невпопад написал - сорри .

[KomSoft]

21 hours ago, Alexandr Sorokin said:

Зеленый гораздо ярче желтого и красного при одинаковых токах,

Особенности человеческого зрения и восприятия длины волны. Подберите резисторы. Как писали - может на проводах падает или БП не успевает отработать вовремя этот пик потребления с учетом длины/индуктивности проводов. Как вариант - подавать питание на плату вольт 8, а на ней установить стабилизатор на 5В или пару - на питание схемы и датчика отдельно.

Изменено 27 сентября, 2020 пользователем KomSoft

[Электронщик]

4 часа назад, KomSoft сказал:

Как вариант - подавать питание на плату вольт 8, а на ней установить стабилизатор на 5В или пару - на питание схемы и датчика отдельно.

Так на плате ардуино нано и так стабилизатор есть на 5В, вот только не факт что он подал питание через него. Хотя там и стоит 1117, но в корпусе SOT223, да и охлаждение от подложки никакое, так что датчик можно конечно туда тоже прицепить, но думаю не желательно.

Изменено 27 сентября, 2020 пользователем Электронщик