Светодиодный драйвер для фонариков CN5711

В очередной раз пролистывая ленту предложений на Aliexpress, видел готовые светодиодные драйверы для фонариков на микросхеме CN5711. Именно о этой микросхеме и пойдет речь в данном обзоре.

Китайские готовые модули, которые используют этот драйвер имеют вот такой внешний вид:

На плате всего одна микросхема в корпусе SOP8, SMD резистор и подстроечный резистор для настройки тока светодиода.

Скачав даташит я сразу принялся читать его. Производитель гарантирует неплохие характеристики:
— Входное напряжение: 2,8В – 6В;
— низкое падение напряжения на самой микросхеме: 0,37В при токе 1,5А;
— выходной ток до 1,5А;
— точность установленного выходного тока: 5%.

Стоит пояснить что означает падение напряжения на самой микросхеме. На английском языке этот параметр называется «Dropout Voltage». Это напряжение, которое потребляет микросхема во время работы. В даташите указано, что при выходном токе 1,5А этот параметр составляет 0,37В. Что же это значит? Например, у вас есть вот такой светодиод CREE, мощностью 5Вт, которому необходимо обеспечить ток 1,5А.

Напряжение питания светодиода при таком токе может доходить до 3,6В. Значит, на вход микросхемы драйвера CN5711 необходимо подать напряжение на 0,37В больше, чем может падать на светодиоде. Как я уже говорил, это напряжение падает на микросхеме во время ее работы. Если подать еще больше, на микросхеме будет рассеиватсья еще больше тепла. Грубо говоря, разница между напряжением на входе микросхемы и тем, что падает на светодиоде должна быть как можно меньше. Если верить даташиту, то для достижения лучших результатов в плане эффективности преобразования эта разница должна составлять 0,37В.

По характеристикам светодиодный драйвер CN5711 подошёл для моей задумки. Нужно перевести обычный китайский фонарик на Li-Ion аккумуляторы. Заказывать одну готовую плату относительно дорого, а мне нужно три таких. Я пошёл другим путем. Нашел на Aliexpress продавца, у которого было с десяток заказов и рискнул сделать заказ. Хочу отметить, что есть и другие продавцы, у которых количество заказов и отзывов больше, но меня задушила жаба заплатить за доставку товара. Свой заказ я сделал 30.12.2020, а получил товар меньше чем через месяц, 22.01.2021. Посылку доставляла почта CAINIAO. В посылке десять микросхем вот в такой ленте:
Имеют вот такой внешний вид:
Внизу есть подложка для отвода тепла от микросхемы, она соединена с земляным контактом микросхемы:
В даташите есть и стандартная схема подключения драйвера:
Дальше, я уже сделал печатную плату для трех таких микросхем в программе EasyEDA и принялся проводить тесты.
На плате имеются три микросхемы. Слева входные разъемы (верхний контакт – общая земля, три нижних входы VCC), а справа выходные разъемы для каждого из трех светодиодов. Каждая микросхема настроена на свой выходной ток. Первый канал – 120мА, второй – 240мА, третий – 666мА (в последующих тестах число дьявола приведет к неудовлетворительным результатам). Для настройки были использованы резисторы номиналом 15К, 7,5К и 2,7К соответственно.

Подключается эта плата вот так:
В этой конструкции минус питания от аккумулятора подключается напрямую к светодиодам, он общий для всех светодиодов. А плюс разрывается кнопками для каждого канала.

Выходной ток светодиода задается резистором RISET. Он включается между выводом ISET микросхемы и землей. Чем больше сопротивление резистора, тем меньше выходной ток. Выходной ток рассчитывается по формуле:
Чтобы рассчитать сопротивление резистора для нужного тока, нужно воспользоваться обратной формулой:
Для примера было рассчитано необходимое сопротивление резистора чтобы получить выходной ток 1А.

Для обеспечения хорошей стабильности и температурных характеристик производитель рекомендует использовать металлопленочные резисторы с допуском 1%. В своей конструкции я использовал обычные smd резисторы типоразмером 1206 с неизвестным допуском. При проверке мультиметром они показали хороший результат почти без отклонений.

А теперь тесты. Так как я собираюсь использовать данный светодиодный драйвер в фонарике, который будет питаться от одной Li-Ion банки, я протестировал каким будет выходной ток в зависимости от напряжения на аккумуляторе. Для теста был взят трехваттный теплый белый светодиод, купленный в местном радиомагазине. При токе 693мА на нём было падение напряжения 3,4В, а номинальный ток для трехваттных светодиодов составляет 750мА, так что он работает в более-менее щадящем режиме. При входном напряжении питания 5В КПД составляет 68%. Результаты тестов вышли не такими хорошими, как ожидалось, но это с какой стороны посмотреть. Важно упомянуть, что целью тестов не было определение КПД устройства, мне хотелось проверить насколько хорошо драйвер может держать ток на светодиоде при разряде аккумулятора.

При питании драйвера от полностью заряженного аккумулятора все выглядит более-менее хорошо. При 4,2В на входе ток на светодиоде был 683мА на первом канале, что укладывается в диапазон погрешности 5%, заявленный производителем. На втором и третьем канале 245мА и 121мА соответственно.

При снижении входного напряжения до 3,7В (номинальное напряжение Li-Ion аккумулятора) выходной ток упал до 600мА, что не укладывается в диапазон погрешности. Тут мне показалось странным, что микросхема не может обеспечить необходимый выходной ток. Если подумать логически, то чем меньше выходной ток выдает микросхема, тем меньше падение напряжения на самой микросхеме (Dropout Voltage). Странно, что на ней падает большое напряжение и до светодиода доходит уже значительно меньшее напряжение.

При 3,3В ток уже составляет 340мА, упал в два раза от установленного. На самом деле, не удивительно, что при 3,3В входного напряжения ток так сильно проседает, ведь вольт-амперная характеристика светодиода не линейна и имеет лавинообразную кривую, которая может изменятся от светодиода к светодиоду. Говоря по-простому, немного снизив напряжение питания светодиода, потребляемый им ток может упасть в разы. Да еще и собственное потребление микросхемы. Но я решил протестировать ради интереса и для того, чтобы посмотреть как ярко будет светить мой светодиод.

С другими каналами ситуация другая. На втором канале при установленном токе снижение началось при 3В, а на третьем при 2,7В, полностью разряженном аккумуляторе. По проведенным тестам составил таблицу, чтобы представить результаты в более простом виде.
Красным цветом выделено существенное снижение тока потребляемого светодиодом, которое превышает допустимую погрешность больше чем на 5% (да, я знаю, что напряжения на аккумуляторе уже недостаточно чтобы обеспечить необходимый ток на светодиоде, но при 3,7В ток уже ушел за диапазон погрешности).

Так же я решил проверить заявленное производителем низкое падение напряжения на микросхеме (Low Dropout Voltage). Для проведения опыта был выбран первый канал, так как там самый большой настроенный выходной ток и он самый важный в моем фонарике.

При входном напряжении 3,65В, напряжение на светодиоде было 3,327В (ток 600мА), КПД составляет 91%, но ток просел значительно. Падения напряжения на микросхеме в данном случае составляет 0,323В. В эту цифру входит как собственное потребление энергии микросхемой так и то, что она превращает в тепло. А она работает в линейном режиме, ток на входе равен току на выходе. Но она не смогла обеспечить установленный выходной ток, значит напряжение потребляемое самой микросхемой превысило мои ожидания и она не превратила никакого лишнего напряжения, а лишь использовала для своей работы. Я не думал, что при токе в два раза ниже от возможного она будет потреблять так много. Ведь в даташите указано, что при 1,5А она будет потреблять 370мВ. Так же я протестировал данный параметр и для нескольких других значений входного напряжения.

При напряжении на входе 3,347В, напряжение на светодиоде составляет 3,16В (ток 378мА, КПД=94%). Падение напряжения – 0,187В.

При напряжении на входе 3,023В, на светодиод приходит 2,938В (ток 176мА, КПД=97%, а ведь неплохо для линейного драйвера, если разница вход-выход невелика). Падение напряжения – 0,085В.

Казалось бы, всего-то 85мВ падает на микросхеме. Но с увеличением входного напряжения эта цифра тоже увеличивается. И увеличивается больше, чем я думал. Это я все к чему веду… При напряжении на светодиоде 3,4В ток составляет 693мА. Во втором случае напряжение на входе светодиодного драйвера было меньше, чем то, что необходимо для достижения установленного тока (666мА), но на микросхеме упало 187мВ. Что на мой взгляд немного многовато. Если смотреть на заявленное производителем собственное падение напряжения на микросхеме 370мВ при токе и на то что я получил, то кажется, что полученная цифра слишком велика и на самом деле должна быть меньше. Ток ведь при этом всего 378мА. Если Вам не совсем понятно о чем идет речь, сейчас я покажу вам таблицу.
Смотря на полученные цифры напрашивается вывод, что данный светодиодный драйвер лучше не использовать вместе с Li-Ion аккумулятором или только с полностью заряженным и с выходным током не более 350мА, это только мое личное мнение. Ведь даже при не сильно разряженном аккумуляторе ток на светодиоде значительно падает, а соответственно и яркость. Так при 3,3В трехваттный светодиод может потребить почти как одноваттный.

Основной недостаток, который я смог выявить, это большое потребление напряжения самой микросхемой, что не дает передать на светодиод больше напряжения при разряженном аккумуляторе. Лично у меня возникает мысль использовать изготовленную конструкцию вместе с повышающим преобразователем напряжения, например на MT3608, о целесообразности чего прошу написать Вас в комментариях, если вы дочитали до этого момента.

В интернете я нигде не нашёл каких либо тестов и обзоров на драйвер CN5711, был лишь только один даташит и неожиданное увеличение популярности драйвера на Aliexpress. Надеюсь, что я смог донести до Вас результаты теста и может быть, этот обзор поможет Вам в выборе светодиодного драйвера для портативного фонаря. Изначально он задумывался лишь для того, чтобы показать возможное решение при переделке светодиодных фонарей небольшой мощности, но из этого получилась критика микросхемы.

Я бы не стал рекомендовать данный светодиодный драйвер для устройств, которые питаются от одного Li-Ion аккумулятора, в котором важно чтобы до светодиода доходило максимально возможное напряжение от аккумуляторной батареи. Когда она разряжается, светодиод начинает значительно тусклее светить. Советую обратить внимание на такие микросхемы как AMC7135, у них падение напряжения составляет всего 120мВ, а так же их версии с возможностью регулировки выходного тока, но это уже совсем другая история. Если у Вас есть идеи сделать еще тесты с этими светодиодными драйверами или другие идеи и предложения, пишите их в комментариях. Большое спасибо за внимание.

UPD Под спойлером мои эксперименты с MT3608