Effiziente Begrenzung des Stroms zur LED ohne Leistungsverlust

Nehmen wir an, ich habe 3 LEDs mit einer Durchlassspannung von 3,3 V und einem Nennstrom von 300 mA. Alle LEDs sind in Reihe geschaltet und ich habe eine Stromversorgung von 12 V. Wenn ich einen Widerstand in Reihe schalte, um den Strom zu begrenzen, zieht er viel Strom.

Berechnungen:

Spannung durch LEDs = 3.3 v ∗ 3 = 9.9 v

Spannungsabfall durch Widerstand= 12 v − 9.9 v = 2.1 v

Widerstandswert für 300 M A = 2.1 v / 0,3 A = 7 Ω

Verlustleistung durch Widerstand = 7 ∗ 0,3 = 2.1 W

Ich muss diesen Leistungsverlust reduzieren. Gibt es eine Möglichkeit mit MOSFET- oder BJT-Transistoren? Ich lese diese http://www.instructables.com/id/Power-LED-s---simplest-light-with-constant-current/ . Aber ich verstehe nicht, wie man Werte berechnet. Hier ist der Schaltplan in der obigen Seite.Strombegrenzungsschaltung

Genau das brauche ich nicht. Ich brauche einen richtigen Weg, das zu tun.

Diese Antwort könnte hilfreich sein, insbesondere der letzte Teil über Hochleistungs-LEDs. Wenn dies nicht der Fall ist, lassen Sie mich Sie fragen, warum Sie die Verlustleistung reduzieren müssen. Das obige Schema reduziert den Leistungsverlust nicht, sondern verteilt ihn auf verschiedene Teile (hauptsächlich den Mosfet).
… und Sie können die gleiche Verlustverteilung erreichen, indem Sie zB vier 7/4Ω-Widerstände in Reihe schalten. Der Vorteil der obigen Schaltung besteht darin, dass sie tatsächlich eine Stromquelle (oder -senke, je nachdem, wie Sie es betrachten) und weniger von der tatsächlichen Versorgungsspannung abhängig ist.
Die Schaltung, die Sie von der Website bereitgestellt haben, wird nicht funktionieren, sie begrenzt nur den Strom, sie beseitigt den Leistungsverlust nicht. Die einzige Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, den Strom durch eine Induktivität anstelle des Widerstands zu schalten. Sie könnten es wahrscheinlich sogar ohne die Induktivität tun, Sie müssen nur den Transistor schnell genug ein- und ausschalten. Sie sollten nach "switching led-driver" oder "buck-mode led-driver" suchen.
Soweit ich weiß, besteht die EINZIGE Möglichkeit zur Reduzierung des Leistungsverlusts (im Vergleich zur Verwendung eines Widerstands oder einer Stromquelle wie hier gezeigt) darin, einen Schaltregler zu verwenden . Das ist viel komplexer und Sie müssen dafür einen Chip verwenden.
Ihre Erwartungen an Effizienz und Einfachheit sind leider sehr naiv und nicht zu erfüllen. Ich schlage vor, dass die höchste Effizienz und Energieeffizienz nur erreicht werden kann, wenn die Versorgungsspannung der Last entspricht und für höchste Effizienz deutlich unter den Nennströmen arbeitet. Es wäre weitaus effizienter, mit 3 V pro LED zu arbeiten als mit 3,3 V und dann mehr LEDs zu verwenden, um die erforderlichen Lumen zu erreichen
Übrigens . re Leistungsverlust durch Widerstand = 7 * 0,3 = 2,1 W FALSCH , das ist ein Spannungsabfall über Widerstand 2,1 V, niedrige Leistung ist 2,1 * 0,3 = 0,63 W. dh 82% Wirkungsgrad.

Antworten (3)

Die von Ihnen angegebene Schaltung senkt die Verlustleistung nicht. Er ersetzt lediglich Ihren festen Widerstand durch einen Strombegrenzer, der sicherstellt, dass Sie unter einem breiten Bereich von LED-Durchlassspannungen und Versorgungsspannungen näher an den 300 mA oder was auch immer Sie benötigen.

Als solcher ist der Strombegrenzer wirklich nur ein intelligenter Widerstand und wird immer noch die gleiche Art von Wärme abführen wie ein einfacher Begrenzungswiderstand.

Um stromsparend zu sein, benötigen Sie eine Schaltung, die eine Art Schaltmodusregelung verwendet, um den erforderlichen Strom in den LEDs mit einem hohen Umwandlungsfaktor zu erzeugen.

AKTUALISIEREN

Übrigens ist deine Rechnung falsch.

Du hast gesagt..

Verlustleistung durch Widerstand = 7 ∗ 0,3 = 2.1 W

Das ist falsch, das ist die Formel für Spannungsabfall am Widerstand = 2.1 v

Verlustleistung durch Widerstand = 2.1 ∗ 0,3 = 0,63 W

Sie laufen bereits mit 82 % Effizienz.

Mit einem Schaltstromregler können Sie das vielleicht um ein paar Prozent erhöhen, aber es lohnt sich vielleicht nicht. Es ist jedoch immer noch ratsam, einen Strombegrenzer zu verwenden, anstatt sich auf einen Widerstand zu verlassen.

was ist die Grundlage der Regulierungsbehörde so? Kann ich einen solchen Regler ohne IC machen?
@ultimatex Sie würden eine Art Treiber-IC benötigen, es gibt verschiedene Treiber online.
@ultimatex selbst dann erreichen Sie möglicherweise nur eine Effizienz von 85 % im Vergleich zu Ihren aktuellen 82 %.
@ultimate siehe meine aktualisierte Antwort.
Es tut mir Leid. Ich habe verstanden. Danke, dass du es mir gezeigt hast. Und ich habe etwas über Abwärtswandler gelernt und sie sind, wie Sie erwähnt haben, sehr effizient.

Soweit ich diese Schaltung verstehe, wird das Gate von Q2 auf GND gezogen und Q2 ausgeschaltet, wenn die Spannung von R3 die Spannung überschreitet, die zum Einschalten von Q1 erforderlich ist.

Daher wird es niemals eine höhere Spannung als die über R3 geben. Nehmen wir an, die Spannung zum Einschalten von Q1 beträgt ungefähr 0,7 V.

Wenn wir nun den Strom durch den Widerstand auf zB 0,3 A begrenzen wollen, können Sie berechnen, was R3 sein sollte. R = U / I = 0,7/0,3 = 2,33 Ohm.

Die Nennleistung sollte so sein, dass sie P = I ^ 2 * R = (0,3 A) ^ 2 * 2,33 Ohm = 0,21 Watt abführen kann.

Gute Antwort! Einige Vorschläge: R3 und seine Verlustleistung scheinen für die Strombegrenzungsfunktion des Schaltplans korrekt zu sein. Vor der Gesamtdissipation steuert der MOSFET den Strom und verteilt den Spannungsabfall - es wäre erwähnenswert. Und möglicherweise die Verwendung einer cite_'"'-Funktion, um die Frage des Originalposters (OP) hervorzuheben. Über die erste Berechnung des OP - es geht um die Dissipation eines einfachen Widerstands „R“, aber es könnte gut sein zu erwähnen, dass ein Fehler bei der Berechnung von R_power vorliegt und der Gesamtwert bei Verwendung eines einfachen Widerstands oder der gezeigten Strombegrenzungsschaltung gleich ist.
@EJE Danke für deinen Kommentar, ich denke, es ist eine wertvolle Ergänzung. Es wird tatsächlich einen Spannungsabfall über dem Mosfet geben und es wird anschließend warm und muss auch richtig bewertet (und gekühlt) werden. Fühlen Sie sich frei, die Antwort zu verbessern.

Sie könnten eine weitere LED hinzufügen und so den Spannungsabfall über dem Widerstand verringern. Oder wählen Sie eine andere LED mit einer größeren Durchlassspannung, z. B.: 3,5 V - 3,9 V.

Denn die Verlustleistung ist direkt proportional zum Spannungsabfall über de Widerstand.

P = U x I

In Ihrem Fall

P = 2,1 V x 0,3 A

P = 0,63 W

mit einer größeren Durchlassspannung (Led mit Durchlassspannung von 3,9 V) In Reihe, 3 x 3,9 = 11,7 V, dann beträgt die verbleibende Spannung 12 - 11,7 = 0,3 V über dem Widerstand.

Dann:

P = 0,3 V x 0,3 A

P = 0,09 W

Guter Punkt, um auf den Fehler bei der Berechnung der Verlustleistung des Widerstands hinzuweisen. Der Vorschlag, eine vierte LED hinzuzufügen, ist sinnvoll. Es macht den Strom jedoch zu empfindlich gegenüber Änderungen der Versorgungsspannung. Jede kleine Änderung der 12-V-Versorgung führt zu einer erheblichen Änderung des LED-Stroms. Die einfache Verwendung eines Widerstands, der 0,63 W verarbeiten kann, oder die Verwendung mehrerer Widerstände in Reihe oder parallel, um die Leistung zu verteilen, klingt für mich nach einer besseren Lösung.
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