High-Side- oder Low-Side-LED-Treiber mit NPN-BJT? Welches ist besser?

Nun, lassen Sie uns die beiden Schaltkreise mit der ersten grünen LED analysieren, auf der ich Daten finden kann - ein Kingbright L-934GD. Er hat eine typische Durchlassspannung von 2,2 V bei 20 mA und einen absoluten maximalen Durchlassstrom von 25 mA. Und nehmen wir ein β von 110 an, die Worst-Case-Zahl, die für einen BC547A bei einem Ic von 2 mA gegeben ist.

Schaltung A

Unter der Annahme, dass die MCU 5 V ausgibt, erhalten wir einen Basisstrom von etwa (5-0,6) / 10000 = 440 uA und einen maximalen Ic von 110 mal so, dh 48,4 mA. In der Praxis wird es jedoch durch den Widerstand begrenzt, der Transistor wird gesättigt und wir erhalten ungefähr 300 mV Vce, und wenn wir uns das LED-Diagramm von IF v VF ansehen, würden wir am Ende sehr nahe an den maximal 25 mA enden, die durchgehen LED mit einer Vorwärtsspannung von 2,25 V. Dadurch wird die LED so weit wie möglich beleuchtet.

Um 25 mA durch die LED zu leiten, würden Sie tatsächlich nur 0,6 + (10000 * 0,025/110) = 2,87 V von der MCU benötigen. Die größte Variable in dieser Schaltung ist das β von Q1; Wenn das tatsächlich 500 wären, müsste die MCU nur 1,1 V ausgeben, obwohl dies wahrscheinlich keine wirklichen Konsequenzen hat.

Schaltung B

Um denselben LED-Strom von 25 mA zu erhalten, bräuchten wir die gleichen 2,25 V über der LED, 2,5 V über R1, erlauben eine Vbe von 0,6 V und einen Basisstrom von 25/110 = 227 uA durch R2, was eine Spannung von über ihm ergibt 2,72 V. Wenn Sie all dies zusammenzählen, muss Ihre MCU 8,07 V ausgeben, um die gleiche Helligkeit wie Schaltkreis A zu erreichen, was meiner Meinung nach unwahrscheinlich ist.

Wenn die MCU nur 5 V ausgibt, erhalten Sie 12 mA durch die LED (2,1 V über die LED, 0,012 * 100 = 1,2 V über R1, 0,6 Vbe und (0,012/110) * 10000 = 1,091 V über R2) . Bei gleichem MCU-Ausgang und gleichen Komponenten ist die LED also halb so hell. Aber wenn das β von Q1 auf 500 ansteigt, würde der LED-Strom stattdessen 19 mA betragen.

Zusammenfassend würde also A in dieser Situation im Allgemeinen als ein besseres Design betrachtet werden, da es nicht materiell von den potenziell großen Schwankungen in den Geräteeigenschaften beeinflusst wird. Wenn Sie möchten, dass Ihre LED nur halb so hell ist, ist es immer noch besser, A mit einem größeren Widerstand zu verwenden. Sie sagen, Sie denken, B wäre stabiler in Bezug auf die Temperatur, ich würde gerne wissen, warum Sie das denken?

Vielleicht wollten Sie, dass Q1 von Schaltung 2 PNP statt NPN ist. Dann würde es sich viel ähnlicher wie Schaltung 1 verhalten, mit der Ausnahme, dass die LED aufleuchtet, wenn der GPIO niedrig statt hoch wird. Die Kombination der beiden Schaltungen würde ein System zum Ansteuern eines Satzes von LEDs (oder einer Matrix) mit einer gemeinsamen Kathode ergeben. Setzen Sie den Low-Side-Treiber (Schaltung 1) auf alle LEDs der gemeinsamen Kathoden und setzen Sie den High-Side-Treiber (Schaltung 2 mit PNP) auf die separaten Anoden jeder LED. Dann kann der uProcessor jede LED schnell durchlaufen (z. B. > 30 Zyklen pro Sekunde), damit Ihre Augen kein Flackern sehen.

A ist typisch, wo der Transistor wie ein Schalter wirkt -> minimale Verlustleistung.

B ist seltener. mehr Verlustleistung am Transistor, weniger Spannungsausgang am LED / Widerstandspaar. aber R2 kann weggelassen werden und ist schneller (auf der steigenden Flanke).

Für Anwendungen mit hoher/höherer Leistung wählen Sie A. Für schnelle lichtbasierte Übertragungen oder ein billiges Design wählen Sie B.

A ist insgesamt das Beste. A verschwendet wertvolle Spannung. Auf einem jetzt sehr normalen 3v3-Mikro werden Sie keine blaue LED auf B machen. Die Kollektorspannung an A kann höher sein als das Mikro, was die Dinge vielseitiger macht. A gibt mehr Input / Output Isolierung, daher ist es idiotensicherer. A ist besser, wenn Q1 ein Mosfet ist, da gs-Spannungen für eine angemessene Leitung VBE überschreiten. Ein Mosfet wird verwendet, wenn Geschwindigkeit wichtig ist.