BJT Konstantstrom-LED-Treiber

Ich muss einen Konstantstromtreiber für eine LED mit einer Durchlassspannung von 3,4 V und einem maximalen Strom von 350 mA bauen. Der Treiber wird durch ein PWM-Signal von einer 3,3-V-MCU gesteuert.

Als ich diesen Beitrag las und die Berechnungen mit meinen Systemspezifikationen durchführte, kam ich auf die folgende Schaltung:

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Aufgrund der hohen Durchlassspannung der LED musste ich mich für ein 12V Netzteil entscheiden, was zu einer minimalen Versorgungsspannung von 6,5V führte. Daher konnte ich kein 5V-Netzteil verwenden.

Allerdings mache ich mir Sorgen um die Verlustleistung am Transistor. Wenn meine Berechnungen richtig sind, wäre die darüber abgeführte Leistung (bei Vernachlässigung des Basisstroms und unter Berücksichtigung von Vbe = 0,7 V):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und der BCP56 kann nur maximal 1,35 W mit richtig dimensioniertem Montagepad in der Leiterplatte abführen.

Zunächst möchte ich wissen, ob meine Berechnungen stimmen und wenn ja, was eine gute Lösung wäre.

Die einzigen beiden Optionen, die mir einfallen, sind entweder die Auswahl eines kräftigeren Transistors, der mehr Leistung verbrauchen kann, oder die Reduzierung der Versorgungsspannung, obwohl ich die Idee der Verwendung als 12-V-Stromversorgung mag, da sie vor Ort leichter zu finden ist.

Ist BJT außerdem eine gute Lösung für diese Art von Treiber oder der Wechsel zu einem MOSFET-basierten Treiber eine geeignetere Option?

Ich würde Ihnen empfehlen, einen Darlington-Leistungstransistor wie die TIP-Serie zu verwenden. Mosfets werden nur für Hochleistungs-LEDs wie 5-10 W und höher empfohlen.
Es hört sich so an, als ob Sie den Transistor entweder vollständig ein- oder vollständig ausschalten möchten, also würde ich einen FET verwenden. Ich finde sie einfacher zu verstehen und sie haben einen geringeren Leistungsverlust bei hohem Strom. Ich glaube, Sie möchten für die Schaltung, die Sie haben, R1 am Kollektor und nicht am Emitter, da sonst der Strom durch den Widerstand die Emitterspannung erhöht und Ihre Basis-Emitter-Spannung ändert. Der größte Teil der Leistung wird von R1 abgeführt, nicht vom Transistor, was möglicherweise offensichtlicher ist, wenn Sie R1 bewegen. BEARBEITEN: Ich habe Ihre Absicht möglicherweise missverstanden. Versuchen Sie, den BJT anstelle eines Widerstands zur Stromsteuerung zu verwenden?
Außerdem empfehle ich dringend, alle Transistorschaltungen zu simulieren. LTSpice hat gute Funktionen und ist kostenlos.
@pscheidler Ja, ich versuche, den BJT zur Steuerung des Stroms zu verwenden, und daher muss R1 auf der Emitterseite sein. Ich habe es in LTSpice simuliert, und es scheint, dass meine Verlustleistungsberechnung richtig ist. Ich wollte nur nachsehen, ob jemand eine bessere Schaltung als meine empfehlen kann. Danke!
Bevorzugen Sie die Verwendung von MOSFETs? Wenn dies der Fall ist, ist die Schaltung von Trevor ein sehr standardmäßiger Ansatz, der einen Kleinsignal-BJT mit einem NMOS kombiniert. Ein anderer Ansatz, der fast identisch ist, ersetzt den NMOS durch einen anderen BJT. Beide funktionieren einwandfrei. Es ist also wirklich eine Frage dessen, was Sie bekommen können und wofür Sie bezahlen möchten, denke ich. Natürlich gibt es auch andere Ansätze. Tatsächlich fallen mir mindestens 5 oder 6 verschiedene grundlegende Ansätze ein, bei denen alle ungefähr die gleichen Kosten haben, aber verschiedene Vor- und Nachteile haben.
Können Sie eine viel niedrigere Versorgungsspannung verwenden? Denn das ist unglaublich ineffizient. Sie verbrauchen 4,2 Watt Strom (12 V * 0,35 A), und nur 1,2 Watt gehen an die LED. Die restlichen 3 Watt werden in Wärme umgewandelt. Ihre Schaltung funktioniert besser als Heizung als als LED-Treiber :)
@VincePatron ja, mir ist bewusst, dass es extrem ineffizient ist und es viel besser wäre, eine Stromversorgung von 7 V zu verwenden. Wo ich lebe, ist es jedoch schwierig, Netzteile mit anderen Spannungen als den "üblichsten" (5 V, 12 V, 24 V) zu finden.
Erwägen Sie die Verwendung eines LED-Treiber-ICs wie dem MIC4801

Antworten (2)

Ich würde hier 5 V und einen MOSFET verwenden, um den vom GPIO benötigten Strom zu begrenzen und ihn wie unten gezeigt in einen typischen Strombegrenzer einzukoppeln.

R1 und Vbe oder Q1 legen grob die Stromgrenze fest. Wenn Sie es genauer brauchen, brauchen Sie entweder einen Topf oder eine aktivere Schaltung.

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Die Gate-Schwelle des MOSFET muss unter oder nahe 1 V liegen. Die an den MOSFET verlorene Leistung beträgt etwa 300 mW und R1 beträgt 215 mW.

Ich habe diese Schaltung in anderen Threads gesehen, aber ich zögerte, sie wegen ihrer höheren Komponentenanzahl zu verwenden, da ich beabsichtige, die Schaltung zu replizieren, um mehrere LEDs einzeln zu steuern. Nach einem zweiten Blick wurde mir jedoch klar, dass dieser Ansatz viel effizienter ist als der von mir gepostete und ich aufgrund der geringeren Verlustleistung in der Lage wäre, Komponenten mit kleineren Stellflächen zu verwenden. Danke!

Ihr Design verschwendet zu viel Spannung an R1. Hier ist ein Design, das nur 0,6 V über R1 abfällt, sodass Sie eine 5-V-Versorgung verwenden können, was bedeutet, dass weniger Strom im Transistor verschwendet wird.

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Dieses Design ist jedoch zu abhängig von den Eigenschaften des Transistors. Besser eine ausgefeiltere Schaltung verwenden.

Wenn es Ihr Ziel ist, die Energieverschwendung zu minimieren, verwenden Sie besser einen Schaltstromregler. Sie werden viele als LED-Treiber verkauft finden.

Ziemlich sicher, dass das nicht genug Basisstrom liefern wird, um 350 mA durch Q1 zu leiten.
@Trevor_G Das BCP56-Datenblatt gibt ein Mindest-Beta von 40 an.
Stimmt, immer noch eine ziemlich schwere Last für einen GPIO.
Das ist wahr. Ich denke, OP hat sich darüber auch keine Gedanken gemacht.
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