Hochleistungs-LED-Schaltungsdesign und Konstantstromquelle

Ich versuche, eine dimmbare LED-Platine zu entwerfen. Es wird von einem Arduino mit seinen PWM-Signalen gesteuert. Ich bin neu in der Elektronik, daher habe ich einige Fragen zu meinem Design und meinem Wissen darüber. Ich habe zwei Diagramme beigefügt, die ich gemacht habe, um bei der Visualisierung zu helfen. Vcc ist 24 VDC und die 5 V ist der PWM-Pin vom Arduino.

Die Idee ist, die RGB-LEDs (1 W pro Kanal) mit einem TIP122 Darlington-Transistor zu steuern. Soweit ich weiß, gibt es im TIP122 einen Abfall von etwa 1,4 V von der Basis zum Emitter (Vb-Ve = 1,4 V). Die Spannung an Kollektor und Basis sollte gleich sein (Vc = Vb). Die Basisspannung ist die Spannung aus dem Spannungsteiler (R1 und R2). Wenn R1 gleich R2 ist (R1 = R2), dann sollte Vb die Hälfte von 5 V oder 2,5 V betragen (Vb = 2,5 V). Daraus ergibt sich eine Emitterspannung von 1,1 V (Ve = Vb - 1,4 V = 1,1 V).

Der Emitterstrom ist die Summe aus Basisstrom und Kollektorstrom. Der Basisstrom ist jedoch im Vergleich zum Kollektorstrom sehr klein, sodass wir davon ausgehen können, dass der Emitterstrom gleich dem Kollektorstrom ist (Ie = Ic). Indem wir den Wert des Widerstands (R_Q) nach dem TIP122 ändern, können wir den durch die Schaltung fließenden Strom steuern (Ie = Ve/R_Q = 1,1 V/R_Q). Dies setzt voraus, dass die aktuelle Verstärkung nicht größer als 1000 ist.

Von Anfänger-LED-Schaltungen soll ich einen Widerstand (R_L) in Reihe mit den LEDs schalten, um den durch die LED fließenden Strom zu begrenzen und zu verhindern, dass die LED zerstört wird. Aber wenn der Widerstand nach dem TIP122 den Strom begrenzt, brauche ich dann noch den R_L-Widerstand?

Als Beispiel verwenden wir die Schaltung im zweiten Diagramm. Die nutzbare Spannung, die die LED versorgen kann, wäre die Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der Spannung am TIP122-Kollektor (Vcc-Vc = 24V-2,5V = 21,5V). Nehmen wir an, die 3 LEDs in Reihe haben jeweils eine Durchlassspannung von 6 V (Vf = 6 V) und einen Durchlassstrom von 750 mA (If = 750 mA), sodass 18 V Gesamtdurchlassspannung und 3,5 V übrig bleiben ( 21,5 V – 3*6 V = 3,5 V). Normalerweise würden wir jetzt einen 4,67-Ω-Widerstand (R_L = 3,5 V/750 mA = 4,67 Ω) einsetzen, um den durch die LEDs fließenden Strom bei 750 mA zu halten. Aber ist bei TIP122 und R_Q das R_L noch notwendig? Wenn R_L nicht benötigt wird, würde das auch dann noch gelten, wenn die Restspannung viel größer ist? Sagen wir also zwei LEDs in Reihe statt drei, die stattdessen 9,5 V übrig lassen.

Wenn irgendetwas, was ich gesagt habe, falsch ist, lassen Sie es mich bitte wissen. Ich erkläre nur meinen Denkprozess in meinem Design und würde mich über jedes Feedback dazu freuen.

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Woran Sie denken sollten: Wie hoch ist Ihre PWM-Geschwindigkeit und kann der Darlington so schnell umschalten? Wenn ich etwas in dieser Richtung tun würde, würde ich einen N-Kanal-Mosfet auswählen. Sie können schneller schalten als ein Darlington und sind einfacher zu fahren und Sie haben weniger Verluste.
@Aaron Wenn es von einem typischen Arduino kommt, beträgt die PWM-Frequenz weniger als 1 kHz.
Ich verwende ein Arduino Micro und auf ihrer Website heißt es, es habe eine PWM-Frequenz von 490 Hz. Ich habe es schon einmal mit einem Darlington auf einer Teststrecke verwendet und es hat für mich gut funktioniert. Es kann ein kleines Flackern geben, wenn ich ihm einen Schlag von 10% Einschaltdauer gebe, aber es ist nicht sehr auffällig.
@Agriculex Welchem ​​Zweck dient das PWM-Licht von R-, G- und B-LEDs? Was ist das Endziel? (Es ist wichtig, aus einer Vielzahl von Dingen auszuwählen, die ich sagen könnte.)
@jonk Die PWM dient zum Anpassen der Ausgabe / Helligkeit der LED. Dies ist für eine Pflanzenwachstumsvorrichtung. Es wird verwendet, um Pflanzenproben unterschiedliche Farben und Lichtintensitäten aus dem PWM-Licht zu geben.
@Agriculex Ich vermutete, dass dies anhand Ihres Vornamens der Fall sein könnte. Aber diese Anmaßung wollte ich vermeiden. Vielleicht möchten Sie verschiedene Forschungsberichte der NASA und der ESA zu diesen Themen finden und lesen. Ich habe kürzlich einige sehr interessante Artikel zu diesem Thema gelesen. Aber die wichtigste Erkenntnis für mich ist, dass es hier nicht um die menschliche Farbwahrnehmung geht. Was bedeutet, dass meine Erfahrungen von geringerem Wert sind. Und so darf ich mich kurz halten. Vielen Dank!
@Aaron - Die Verwendung eines MOSFET erfordert deutlich höhere Basis- / Gate-Spannungen als ein Arduino liefern wird. Dies bedeutet wiederum, dass MOSFETs nicht einfacher anzusteuern sind - Sie benötigen einen Pegelumsetzer, um die Gate-Spannung zu erhöhen.
@WhatRoughBeast, Huh, seltsam, ich dachte, 5 V wären in Ordnung, um NFETs anzusteuern, aber was weiß ich? FETs.

Antworten (1)

Ohne R L , kann am Transistor vom Kollektor zum Emitter eine viel größere Spannung auftreten. Es ist falsch zu sagen, dass die Spannung am Kollektor gleich der Spannung an der Basis ist. Die Spannung am Kollektor ändert sich nach Bedarf, um den Strom zu steuern.

Wenn die Basisspannung etwa 2,5 V beträgt, beträgt die Emitterspannung etwa 1,1 V. Wenn die LEDs insgesamt um 6 V abfallen, dann die verbleibende Spannung, 24 − 6 − 1.1 = 16.9 v erscheint vom Kollektor zum Emitter des Transistors. Wenn 750 mA durch die LEDs fließen, fließt auch so viel Strom durch den Transistor, und er verbraucht etwa 12,7 W Leistung. Sie benötigen einen beträchtlichen Kühlkörper, damit er nicht verbrennt.

Hier gibt es kein kostenloses Mittagessen. Wenn Ihre Stromversorgung 24 V beträgt und nur 6 V bei 750 mA an den LEDs anliegen, werden Sie irgendwo 13,5 W verschwenden. Sie können einen Hochleistungswiderstand in Reihe mit den LEDs schalten, um den Stromverbrauch des Transistors zu reduzieren, aber Sie verschwenden in jedem Fall 75 % Ihrer Energie.

Das ist aufschlussreich zu wissen. Ich habe bemerkt, dass der Transistor auf dem roten Kanal im Vergleich zum Transistor für den blauen und grünen Kanal in der 3in1-RGB-LED viel heißer wird. Rot hat auch eine kleinere Durchlassspannung.
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