Geeignete Transistoren für adaptives Motorradlichtprojekt

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Ich arbeite an etwas sehr ähnlichem, Adaptive LED Headlights – Modell 8790 Adaptive 2 als Hobbyprojekt. Ich habe den Controller-Teil erledigt, VID_20180728_195351.mp4 , und das war der einfachere Teil der Arbeit.

Jetzt versuche ich, eine Schaltung zu bauen, die je nach Neigung des Motorrads bis zu fünf leistungsstarke LEDs zum Leuchten bringt.

LEDs sind Cree XPG2, sie benötigen 3,5 V und laufen mit ~ 1,5 A. Der Controller ist ESP32, der 8 mA und 3,3 V liefert. Das Motorrad liefert ~ 13,5 V, und ich möchte die Verwendung von Spannungswandlern vermeiden und es so einfach wie möglich halten möglicher Abfall von 13 V auf 3,5 V am Transistor, Stromverschwendung ist kein Problem, da diese LEDs nur für kurze Zeit aufleuchten.

Ich habe BD135 als Switch ausprobiert, aber er kann diese Last nicht bewältigen. Dann ist TIP120 in Ordnung, aber um mit dem erforderlichen Strom zu laufen, sind ~ 4,5 V am Gate erforderlich.

ESP32 hat offensichtlich keine 4,5 V, also suche ich nach einer Möglichkeit, den richtigen Transistor für dieses Projekt auszuwählen, um das Brennen weiterer Transistoren zu stoppen. Ich habe viele Datenblätter von Transistoren durchgesehen, bin mir aber nicht sicher, welche Eigenschaften hier wichtig sind.

Bei ähnlichen Themen habe ich gesehen, dass MOSFET-Transistoren wie IRF520 1-2 V an der Basis benötigen, um vollständig geöffnet zu sein, aber ich befürchte, dass der Spannungsabfall möglicherweise nicht so signifikant ist wie beim Darlington TIP120 und es nicht möglich sein wird, einen geeigneten auszuwählen Widerstand zwischen ESP32-Pin und Gate des Transistors benötigt 3,5 V am Emitter.

ERKLÄRUNG: Das System wird insgesamt 10 Lichter haben, 5 Elemente von jeder Seite. Je nach Neigungswinkel können 1 bis 5 LEDs gleichzeitig leuchten.

Das ganze System läuft auf einem massiven Aluminium-Kühlkörper (ca. 1 Kilo) mit aktivem Luftstrom.

Der maximale Sink/Source-Strom eines GPIO von ESP32 beträgt 8 mA, iirc.
TIP120 ist ein NPN-Epitaxie-Darlington-Transistor, daher benötigt er zum Einschalten einen Basisstrom. Ich denke, Sie sollten zuerst etwas über grundlegende Elektronik lesen.
MOSFETs haben ein Gate und keine Basis.
Klingt so, als würden Sie den Transistor in einer Emitterfolgerkonfiguration verwenden - LED zwischen Emitter und Masse. Üblicher ist es, den Emitter zu erden und die LED zwischen den Kollektor und die positive Versorgung zu legen und den Strom mit einem Widerstand in Reihe mit der LED zu steuern.
Suchen Sie grundsätzlich nach Mosfets oder Mosfet-Treibern auf Logikebene. Aber der Versuch, den Transistor oder Fet zu verwenden, um 9,5 V bei 1,5 A oder 14 Watt abzusenken, scheint nicht klug zu sein.
der TIP120 ist ein BJT; es hat eine Basis, kein Tor.
Versuchen Sie auch, anstatt so viel Spannung im Transistor abfallen zu lassen, mehrere LEDs in Reihe zu schalten? So wandeln Sie mehr Energie in Licht und weniger in Wärme um.
@PeterBennett ja, das mache ich gerade. Einen leistungsstarken zusätzlichen Widerstand in Folge mit LED zu haben, ist einen Versuch wert. Danke für die Info
@Felthry 4 sequentielle LEDs bieten eine 4-mal größere Chance, dass 1 Linsenmodul außer Betrieb ist. ansonsten macht es sinn. Danke
Der von Ihnen hinzugefügte Schaltplan zeigt ein weiteres Problem: Sie haben Ihre LEDs am Emitter, wenn sie am Kollektor sein sollten.
Mit den LEDs zwischen dem Transistoremitter und Masse können Sie nicht mehr als etwa 2,5 Volt (eigentlich die Vcc des ESP - 0,7 Volt) über die LEDs bekommen, da die Emitterspannung immer etwa 0,7 Volt unter der Emitterspannung liegt. Die LEDs sollten auf der Kollektorseite der Transistoren mit einem Strombegrenzungswiderstand in Reihe gehen.

Antworten (2)

Dies ist eine typische Automobilanwendung.
Normalerweise werden die LEDs in Reihe geschaltet und Sie verwenden einen Boost-LED-Treiber.

Es ist unwahrscheinlich, dass Sie diese über 1 Ampere hinaus fahren können, da sie sehr heiß werden. Bei 1A benötigen Sie ein erhebliches Wärmemanagement.

XP Gen 3 (XP-G3) sind jetzt verfügbar, die effizienter sind.
XP-G2 142 lm/W, V f = 2,9 V bei 350 mA
XP-G3 158 lm/W, V f = 2,73 V bei 350 mA Bei XP-G2 oder XP=G3 mit hohem Wirkungsgrad ist V f ≈ 2,9 V bei 1A.
5 x 2,9 = 14,5 V

150 lm bei 350 mA = 143 lm/W
Wenn Sie den Strom erhöhen und 85°CT beibehalten könnten j dann
Bei 1000 mA erhalten wir 2,5x mehr lm: 375 lm bei 1000 mA = 125 lm/W
Bei 1500 mA erhalten wir 3,4x mehr lm: 510 lm @ 1500 mA = 113 lm/W
Bei 2000 mA erhalten wir 4,2x mehr lm: 630 lm @ 2000 mA = 105 lm/W

Beispiel:

Dieser MIC2282-Boost-LED-Treiber nimmt eine Eingangsspannung von bis zu 15 V auf.
Es ist sehr einfach mit nur 5 externen Teilen.
Der SNS-Widerstand bestimmt den Strom.
Es kann zwischen 5 und 10 LEDs bei 13,5 V ansteuern

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Passender Transistor

Wenn Sie jede einzelne LED ein- und ausschalten müssen, würde ich einen N-Kanal-MOSFET in Automobilqualität mit niedrigem R DS (on) verwenden.

Der Rolm RUL035N02FRA 20 V, 3,5 A, 43 mΩ R DS(on)
Dieser MOSFET ist für lebenserhaltende medizinische Geräte der Klasse III klassifiziert
und AEC Q101-qualifiziert.

Der Betrieb einzelner LEDs unter 3 V aus einer 15,5-V-Versorgung erfordert entweder einen Schaltregler, um die Versorgungsspannung zu senken, oder große (dh 15+ Watt) Leistungswiderstände für jede LED.

Hitze wird ein Problem sein.

Bei 1500 mA sind das 4,5 W pro LED und über 16 W pro Widerstand.
Ein massiver Kühlkörper wird dieses 200-W-Problem (10 LEDs) allein nicht lösen. Es ist nicht einfach, eine Leiterplatte zu entwerfen, die die Wärme von jeder LED schnell genug auf den Kühlkörper verteilen kann.

Da ich nicht möchte, dass meine Scheinwerfer bei über 160 km/h ausgehen, ist Zuverlässigkeit wichtig.

Wärme ist ein Hauptfaktor für die Zuverlässigkeit von Halbleitern. Abwärtsschaltregler sind erforderlich (IMHO). Ein hoher Wirkungsgrad entspricht einer geringen Wärmeableitung und einer höheren Zuverlässigkeit.

Der LMS3635 ist ein Abwärtsregler mit 5,5 A und 92 % Wirkungsgrad.
1 oder 2 davon parallel würden reichen.
Vorausgesetzt, es leuchten nicht mehr als 5 LEDs gleichzeitig.
Um 2000 lm aus fünf XP-G3 zu bekommen, würden Sie etwas mehr als 4 Ampere benötigen.

nicht sicher, was ist Ihre genaue Vorstellung
Verwenden Sie 5 XP Gen 3 pro Lichtmodul, ergibt 2x5x5=50 LEDs? oder verwenden Sie ein Konvertermodul pro Lichtmodul, was 10 Konverter und 10 LEDs ergibt?
Je nach Neigungswinkel können 1 bis 5 LEDs gleichzeitig leuchten? Sie müssen also jede LED einzeln ansteuern? Was ich vorgeschlagen habe, war ein einzelner Treiber, der 5-10 LEDs ansteuert. Kein Ein-Aus, nur an, wenn es mit 13,5 V versorgt wird. Wenn sie nicht alle ständig eingeschaltet sind, wie werden Sie sie steuern? Was bedeutet 2x5x5=50 LEDs? Was ist die zweite 5?
Wenn Sie sich das betreffende Video ansehen, werden Sie auf die Idee kommen. Ja, 10 LEDs oder Gruppen von LEDs werden separat gesteuert, hier beginnt die ganze Geschichte mit Transistoren. 2x5x5 bedeutet 2 Seiten, 5 LEDs in der Gruppe, 5 Gruppen auf jeder Seite. Bitte sehen Sie sich den Link zum Originallicht an, das ich zu kopieren versuche. Ich arbeite an diesen seitlichen Lichtelementen, die aufleuchten, wenn sich ein Motorrad neigt.
Gestern ließ sich das Video nicht abspielen. Habe es heute nochmal probiert und jetzt hab ich es hinbekommen. Also eine Zusatzbeleuchtung zu den Werksscheinwerfern? Jetzt bin ich mir nicht sicher, wie ernst das Hitzeproblem sein wird, wenn die LED nur zeitweise leuchtet. Ich dachte, sie würden ständig eingeschaltet sein. Wenn es nur während einer Kurve eingeschaltet ist, dann ist das nur 1 Sekunde bei 30 Meilen pro Stunde.

Ok, ein Problem, das ich hier sofort sehe, ist, dass Sie die gesamte Überspannung in Ihren Transistoren abführen. Deshalb verbrennen sie.

Sie können die Verlustleistung im Transistor leicht berechnen, indem Sie den Spannungsabfall (~10 V) mit dem Strom (1,5 A) multiplizieren. Das ergibt 15W, was einfach zu viel ist.

Eine einfache Lösung besteht darin, einen Leistungswiderstand in Reihe mit der LED zu verwenden; und schalte den Transistor voll durch. Dadurch wird der größte Teil der Leistung im Widerstand und nicht im Transistor abgeführt.

Eine effizientere Lösung wäre, einen kleineren Widerstand zu verwenden und dann PWM zu verwenden, um den Strom auf einen geeigneten Pegel zu begrenzen.

Eine andere Lösung wäre, einen Schaltregler zu verwenden, um die Spannung auf 5 V zu senken und diese dann zu den verschiedenen LEDs abzuzweigen. Dies ist viel effizienter als die direkte Verwendung von 13,5 V und verhindert, dass Ihre Transistoren verbrennen. Die Versorgung muss 5 LEDs x 1,5 A = 7,5 A verarbeiten. Suche Schaltregler bei Amazon, da wirst du fündig.

Anmerkungen zu Mosfets:

Mosfets sind großartig. Sie sind in Schaltanwendungen einfacher zu verwenden als Transistoren. Der Trick besteht darin, im Datenblatt nach einem Diagramm von Rds (on) vs. Vgs zu suchen. Die meisten Mosfets werden dies haben, aber einige nicht. Finden Sie den Widerstand des Mosfets bei 3,3 V, daraus können Sie leicht die Leistung berechnen, die er bei 1,5 A abführen wird.

Es gibt einige Tricks, mit denen Sie die Gate-Ansteuerspannung erhöhen und einen niedrigeren Rds(on) erzielen können, z. B. mit einem Gate-Treiber oder einem zusätzlichen Transistor. Aber das erhöht die Komplexität.

Noch etwas: Nur weil ein Mosfet einen Vgs (on) von 2 V hat, bedeutet das nicht, dass er bei 2 V einen niedrigen Widerstand hat. An diesem Punkt beginnt es zu leiten, aber Sie müssen es möglicherweise auf 5 V oder mehr bringen, bevor der Widerstand akzeptabel niedrig wird. Überprüfen Sie immer das Diagramm.

bisher der aufschlussreichste Kommentar. Gibt es so etwas wie ein MOSFET-Array oder einen integrierten MOSFET? Anstatt also 10 Transistoren, 10 Leistungswiderstände, wahrscheinlich 10 übliche Widerstände zu löten, kann ich 1-2 Integrale und den Rest löten?
Leute schreiben, dass PMV16XNR eine gute Wahl für 3,3-V-Logik sein kann
Wahrscheinlich müssen Sie einzelne Komponenten verwenden. Es gibt Arrays von Mosfets und Widerständen, aber sie sind spezialisierte Teile und normalerweise nicht für solche Hochleistungsanwendungen ausgelegt.
Der PMV16XNR sieht ziemlich gut aus. Der Rds(on) ist mit 3,3 V sehr niedrig, und die Stromstärke ist hoch genug. Das einzig Besorgniserregende ist, dass die maximale Vds nur 20 V beträgt. Die 13,5 V von der Batterie können Spitzen enthalten, die darüber hinausgehen. Ein 40V Mosfet wäre wahrscheinlich besser.
PMV16XNR sind superwinzig. fast unmöglich von Hand zu löten
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