Effiziente Ansteuerung von 6 LEDs parallel

Ich habe ein Display, das sechs weiße LEDs parallel (gemeinsame Anode) als Hintergrundbeleuchtung hat.

Die Vorwärtsspannung der LEDs beträgt 3,2 V, der Strom pro LED beträgt 20 mA, also insgesamt 120 mA.

Die verfügbaren Spannungen in der Schaltung sind 3,3 V und 5 V.

Natürlich könnte ich für jede LED 5V und einen Serienwiderstand verwenden, aber das ist nicht sehr effizient, und das Gerät, das das Display enthält, wird von einer Batterie versorgt.

PWM-Steuerung sollte auch möglich sein...

Die meisten kleinen LED-Boost-Treiber-ICs benötigen ihre LEDs in Reihe. Die Verwendung eines kleinen DC-DC-Wandlers zum Erzeugen einer Spannung zwischen 3,3 V und 5 V und kleinerer Widerstände wäre besser, aber PWM sollte wahrscheinlich mit einem MOSFET erfolgen, nicht mit dem EN-Pin des DC-DC-Wandlers.

Was ist die beste Lösung, um die parallelen LEDs mit Strom zu versorgen?

Schalten Sie sie in Reihe und verwenden Sie einen Strombegrenzungsverstärker.
^^^ Spatz gab an, dass die LEDs eine gemeinsame Anode sind - ich kann sie nicht in Reihe schalten. @Spatz - Ist Ihr Hauptanliegen die Energieeffizienz, die Kosten, die Größe der Leiterplatte oder ??? Es gibt Dutzende von Möglichkeiten, dies zu tun, aber jede hat Kompromisse. Wenn Sie zum Beispiel nur eine davon als Demo machen, würde ich es ganz anders angehen, als wenn Sie 100.000 machen. Können Sie etwas mehr über die Art und die Ziele Ihres Projekts erzählen????
Ich werde mich hier (und im Allgemeinen) dem Trend widersetzen und Ihnen sagen, dass Sie alle Ihre LEDs direkt parallel zueinander verdrahten und einen einzigen Widerstand für sie alle verwenden sollen (vorzugsweise aus der 3,3-V-Versorgung für eine bessere Effizienz). Die LEDs, die in einer kommerziellen Display-Hintergrundbeleuchtung verwendet werden, werden so genau aufeinander abgestimmt sein, dass alle traditionellen (und vernünftigen) Gründe, sie entweder in Reihe zu schalten oder einzelne Widerstände zu verwenden, nicht zutreffen. Öffnen Sie jede handelsübliche LED-"Lichtmaschine" und Sie werden LEDs finden, die in parallelen Bänken von leicht 5 oder 6 LEDs gruppiert sind, manchmal mehr - weil der Hersteller weiß, dass sie übereinstimmen.
„Das ist nicht sehr effizient“, „Sag was? Sie sind bei 66 %, was gar nicht so schlecht ist. Anders ausgedrückt: Unter der Annahme, dass die LEDs die einzige Belastung der Batterie sind, verlängert der Wechsel zu einem 100 % effizienten Begrenzer die Batterielebensdauer nur um etwa 50 % im Vergleich zur Verwendung von Widerständen. Wenn Sie beispielsweise auch 30 mA für den Rest der Elektronik verbrauchen, gewinnen Sie mit einem 100 % effizienten Treiber 40 % an Lebensdauer. Ohne weiteren Stromverbrauch und mit einem 80 % effizienten Treiber erhalten Sie 20 % zusätzliche Batterielebensdauer. Sind Sie sicher, dass dies ein Problem ist?

Antworten (2)

Mit dem DCDC-Wandler liegen Sie richtig. Verwenden Sie die 5 V und treten Sie nach unten und erfassen Sie den LED-Strom auf der niedrigen Seite. Wenn Sie einen Regler mit einer Referenz von 0,6 V wählen, ist der Verlust gering - Sie würden eine 5-Ohm-Erfassung verwenden, sodass der Verlust 72 mW bei 120 mA betragen würde.

Wenn Sie noch geringere Verluste wünschen, verwenden Sie einen Operationsverstärker mit einem niedrigeren Messwiderstand, um die Messspannung auf die Referenz zu erhöhen. Das ist auch eine Gelegenheit, Dimmen anzuwenden.

Andererseits wird bei Verwendung eines speziell entwickelten LED-Treibers mit Strommessung eine viel geringere Overhead-Spannung für die Erkennung verwendet, da der Leseverstärker eingebaut ist. Mehr dazu weiter unten.

Um die Dimmbarkeit zu erhalten, können Sie einen PWM-Chop in die Messspannung einspeisen, um den Strom zu variieren, oder wenn Sie den Platz haben, kann ein DAC mit Stromsenke / -quelle dies tun (Maxim stellt ein I2C-Teil her, das dies tut.)

Wenn Sie bei der Chop-Frequenz nicht so pingelig sind, verwenden Sie einfach den EN-Pin des Geräts.

Hier ist ein billiger DCDC, den ich viele Male von Diodes Inc. verwendet habe. Er hat direkte Kreuzungen mit vielen Anbietern, darunter Richtek, TI und anderen. Es ist 2A, mehr als Sie brauchen, aber sehr klein. https://www.diodes.com/assets/Datasheets/AP3402.pdf Dies würde eine 5-Ohm-Erfassung verwenden, oder wenn Sie einen Operationsverstärker einfügen, könnten Sie einen niedrigeren Erfassungswert verwenden. Ich habe AP3402 (oder ähnliche) für nur 7-10 Cent Volumen gekauft.

Dies ist ein speziell entwickelter, recht schicker DCDC-LED-Treiber mit High-Side-Erkennung, Dimmung und anderen Funktionen, ebenfalls von Diodes (Zetex): https://www.diodes.com/assets/Datasheets/ZXLD1320.pdf Es ist ein komplette Lösung. Dieser Teil kostet über einen Dollar. Viel teurer als der AP3402 + Operationsverstärker.

Und schließlich die wahrscheinlich beste Lösung. Da ich Dioden so sehr zu mögen scheine, hier ist ein billiger und fröhlicher LED-DCDC mit 0,1 V Referenzspannung für Low-Side-Sense, der speziell PWM-Chop unterstützt: https://www.diodes.com/assets/Datasheets/ PAM2804.pdf Sie würden damit einen 0,8-Ohm-Messwiderstand verwenden. Auch sehr günstig: 16 Cent von Digi-Key beim Kauf einer ganzen Rolle.

Ein Problem bei LED-Hintergrundbeleuchtung ist die Anpassung. Wenn die einzelnen LEDs kleine Variationen in Vf haben, dann gibt es, wenn sie parallel angesteuert werden, Helligkeitsunterschiede: Die mit dem niedrigeren Vf bekommen den Löwenanteil des Stroms. Um dies zu unterstützen, halten Sie selbst bei einem Strommodustreiber, wie ich ihn vorschlage, einen kleinen Serienwiderstand an jeder LED-Kathode (vielleicht 10-20 Ohm), um die Varianz auszugleichen. Wenn sie aufeinander abgestimmt sind, umso besser, dann können Sie diese durch Null-Ohm ersetzen und die Verluste reduzieren.

Ein ausgeklügelterer Ansatz wäre die Verwendung mehrerer Stromspiegel. Das ist wahrscheinlich komplizierter, als Sie wollen.

Vielen Dank, der PAM2804 war genau das, wonach ich gesucht habe!

Um eine gleichmäßige Helligkeit mit jeder LED aufrechtzuerhalten, würde ein Widerstand erforderlich sein, der mit jeder LED verbunden ist. Um Strom zu sparen, können Sie die Spannung mit einem DC/DC-Wandler reduzieren. Wenn Sie Ihre Spannung von 5 auf 3,4 V gebracht haben, können Sie für jede LED einen 10-Ohm-Widerstand anschließen. Gesamtverlustleistung in Widerständen von 24mW. Wenn Sie einen DC/DC-Wandler mit 80 % Wirkungsgrad und 5 V Eingang und 3,4 V Ausgang mit 0,12 A Ausgang verwenden, dann haben Sie einen Leistungsverlust im DC/DC-Wandler von 102 mW. Viel besser als die direkte Verwendung von 5 V, um eine Verlustleistung von 216 mW zu erzielen.

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