Ansteuerung paralleler LED-Arrays aus einer einzigen Konstantstromquelle

Ich möchte einen einzelnen Konstantstrom-DC-DC-Aufwärtswandler verwenden, um mehrere (6 - 8) parallele Stränge von 3 LEDs mit Strom zu versorgen, wie in der folgenden Zeichnung dargestellt. Dies wird von einem einzigen Li-Ionen-Akku gespeist.

Die Beispielschaltung ohne MOSFET-Schaltung

Um jede LED-Kette zu steuern, schlage ich vor, einen MOSFET wie im folgenden Diagramm zu verwenden.

Mögliche Möglichkeit, jede Saite zu steuern

Jeder MOSFET würde von einem separaten Mikrocontroller-Pin entweder hoch oder niedrig angesteuert.

Soweit ich weiß, funktioniert dies, vorausgesetzt, der eingestellte Strom ist hoch genug, um alle Saiten gleichzeitig anzutreiben, kann jedoch einige Nebenwirkungen haben:

  1. Beim Deaktivieren einer beliebigen Zeichenfolge wird der Strom von den verbleibenden aktivierten Zeichenfolgen geteilt, dh die verbleibenden Zeichenfolgen werden heller. Das heißt, wenn nur ein String aktiviert ist, muss dieser mit dem vollen Strom betrieben werden können (8 x Strom im obigen Diagramm).

  2. Wenn ich die MOSFETs verwendet habe, um jede Saite einzeln mit PWM zu dimmen, kann dies eine erhebliche Quelle für EMI sein, da diese von nicht anstiegsgeschwindigkeitsgesteuerten EIN-Signalen angesteuert werden.

  3. Das Dimmen mit PWM wäre weniger effizient als andere Methoden, würde aber eine bessere Chromazitäts- und Intensitätssteuerung bieten.

  4. Die im Rückkopplungskreis verwendeten LEDs müssen leuchten und können nicht ein- / ausgeschaltet werden, es sei denn, der gesamte DC-DC-Wandler ist deaktiviert.

Meine Fragen sind:

  1. Sind meine Annahmen oben richtig?
  2. Gibt es weitere Nachteile dieser Vorgehensweise?
  3. Könnten die drei im Rückkopplungskreis verwendeten LEDs durch eine Zenerdiode und einen Widerstand ersetzt werden? Die Rückkopplungsspannung für diesen Treiber-IC beträgt ~100 mV.

Alle anderen Gedanken dazu oder andere mögliche Lösungen wären willkommen.

Sie verlassen sich auf ziemlich kleine Widerstände, um den Strom zwischen den Saiten ausgeglichen zu halten. Diese kleine negative Rückkopplung reicht möglicherweise nicht aus, um die positive Rückkopplung zu überwinden, die LEDs innewohnt (wenn sich eine Diode erwärmt, fällt ihr Widerstand). Vielleicht noch wichtiger ist, dass Ihr Feedback nicht den Strom durch die zusätzlichen Ketten überwacht , sodass Sie keinen Konstantstrombetrieb erreichen. Wenn Ihre LEDs nicht (1) extrem gut aufeinander abgestimmt und (2) thermisch gekoppelt sind, verhält sich dies nicht von selbst, und auf jeden Fall verhält es sich nicht so, wie Sie es mental modelliert haben.
Interessanterweise stammt das erste Diagramm aus dem Datenblatt des DC-DC-Aufwärtswandlers. Mit oder ohne MOSFETs überwacht die Rückkopplung nicht den Strom durch die zusätzlichen Ketten. Die Verwendung eines größeren Ballastwiderstands würde helfen. Für diese mögliche Funktion spricht die Tatsache, dass die LEDs von der gleichen Rolle kommen würden. Sind meine anderen Annahmen richtig und ignorieren das Übereinstimmungsproblem? Ich hätte auch gerne etwas konstruktive Kritik an der Zener-Substitution anstelle von LEDs im Feedback.
Nun, Ihre Annahme Nr. 1 ist falsch. Die Rückkopplung stellt einen konstanten Strom durch die erste Kette sicher. Der Strom durch die anderen Ketten wird nur durch die Parallelschaltung gesteuert - wenn die Komponenten gut aufeinander abgestimmt sind (einschließlich thermisch), dann sind die Ströme durch jede Kette ähnlich. Ich glaube nicht, dass ein Zener sehr gut auf die LEDs abgestimmt sein wird - Sie hätten am Ende fast keine Kontrolle über die Spannung und daher keine Kontrolle über die LED-Ströme.
Stellen Sie sich dies als einen stromgesteuerten Kanal und einen Spannungsspiegel zu den anderen Kanälen vor. Der Gesamtstrom ist nicht konstant, er hängt davon ab, wie viele Gesamtketten aktiv sind.
Das ist wirklich hilfreich. Danke schön. Ich denke, es würde helfen, viel größere Ballastwiderstände zu verwenden, um die Saiten besser anzupassen, was wiederum den Wirkungsgrad verringern würde, und dann können wir an dieser Stelle auch eine konstante Spannungsversorgung verwenden?
Wenn Effizienz das Hauptanliegen ist, besteht die einzige Möglichkeit, sowohl Effizienz als auch Stromanpassung zu erzielen, in einer separaten Versorgung für jeden String. (Sie stellen aus diesem Grund Mehrkanal-LED-Stromrückkopplungs-Versorgungs-ICs her.)
Zum Beispiel möchten Sie vielleicht LED7708 von ST in Betracht ziehen .
> Ich denke, es würde helfen, viel größere Ballastwiderstände zu verwenden, um die Saiten besser anzupassen. Nein. Der Wert des Widerstands wird durch den Wunsch des Chips bestimmt, eine eingestellte Spannung am Feedback-Pin und den gewünschten Strom zu haben. Ein höherwertiger Widerstand verringert einfach den Strom, der durch die LEDs fließt.
Das Design beruht auf der Annahme, dass die LEDs relativ kleine divergierende Durchlassspannungen oder Temperaturkoeffizienten haben. Sie müssen Ihre LEDs nachschlagen und sehen, ob sie sich in diesen Abteilungen stark unterscheiden. Bei Hochleistungs-LEDs ähneln sie eher Widerständen (mit kleinem Wert), und die Überwachung einer Zeichenfolge ist gut genug.
Wenn Sie mehrere Strings überwachen möchten, können Sie die Spannung am Feedback-Pin summieren, indem Sie einen Widerstand (z. B. 1 k) an den Strommesswiderstand dieses Strings anschließen. Nicht perfekt, aber nah dran.
Vielen Dank an alle, ich hatte gehofft, eine integrierte Lösung zu verwenden, die jedoch idealerweise bis zu ~ 2,9 V betriebsbereit ist, was den LED7708 ausschließt ... Jeder Kanal muss einzeln mit mindestens 3 Kanälen gesteuert werden.

Antworten (3)

Sie könnten versuchen, eine Reihe von BJTs einzurichten, die als Stromspiegel fungieren. Das würde Ihre Lastströme in jedem Bein ausgleichen. Selbst wenn die Transistoren keine aufeinander abgestimmten Sätze im selben Die sind, sollten sie ähnlich genug sein, um für diesen Zweck verwendet zu werden, da der 10-Ohm-Widerstand eine Rückkopplung auf VBE liefert. Der MOSFET RDSon muss deutlich unter 1 Ohm liegen, um mit dieser Methode eine gute Anpassung zu erzielen.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wenn Sie in der Lage sein möchten, einige oder alle Saiten auszuschalten, funktioniert ein Konstantstromantrieb einfach nicht. Wie Sie bereits festgestellt haben, verteilt sich der Strom neu, wenn Sie Strings ausschalten, was zu großen Helligkeitsschwankungen führt.

Ich würde vorschlagen, dass Sie die Ketten mit einer konstanten Spannung antreiben sollten. Es ist etwas weniger effizient, kann aber für Sie funktionieren.
Sie müssen lediglich sicherstellen, dass die am Vorwiderstand abfallende Spannung größer ist als die Spannungsänderung an allen LEDs (in einer Kette) aufgrund von Temperaturänderungen. Beispiel: Wenn die Spannung am Vorwiderstand etwa 2 V beträgt (wie bei den LEDs unten), können Sie jeden LED-Strang ausschalten, ohne den Strom in anderen Stränge zu beeinflussen. Hier wird der Strom auf 20 mA eingestellt.

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Wie bereits gesagt, wird String 1 mit Konstantstrom betrieben, der die Gesamtspannung für alle anderen Strings vorgibt. Alle anderen Saiten arbeiten also mit einer bestimmten Spannung. Daher ist Annahme 1 nicht richtig.

2 - Unter der Annahme, dass die PWM-Frequenz nicht höher als im zweistelligen kHz-Bereich liegt, würde sie aufgrund der "schnellen" Flankenrate wahrscheinlich sehr wenig EMI erzeugen. Zum Beispiel würde eine "10-MHz"-Flanke mit einer 10-kHz-Wiederholungsrate (PWM) natürlich viel weniger Leistung haben. Es gibt immer Ausnahmen, eine wäre, dass die Schaltung irgendwie mit der Hochfrequenz resonant ist.

3 - Dimmen mit PWM kann theoretisch eine Dimmeffizienz von 100% erreichen, was sind die "anderen Methoden"?

4 - richtig.

Wenn der Feedback-String durch einen Zener ersetzt wird, wird die Spannungsanpassung schlechter. Beispielsweise wären die Temperaturkoeffizientenunterschiede zwischen einer LED und einem Zener schlechter als zwischen 2 LEDs des gleichen Typs. Und typische Zenerdioden sind keine sehr gute Spannungsreferenz (im Vergleich zu beispielsweise einer eingebauten Referenz eines Spannungsreglers), dann können Sie genauso gut eine Konstantspannungsversorgung verwenden.

Mit 3/ bezog ich mich auf analoges Dimmen, wenn eine andere Topologie verwendet wurde - ich glaube, dass dies zu einer höheren Energieeffizienz auf Kosten einer möglichen Farbverschiebung mit weißen LEDs und zusätzlicher Nichtlinearität der Helligkeit führen würde.
Ansteuerung paralleler LED-Arrays aus einer einzigen Konstantstromquelle
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