IR-LED-Stroboskop - Arduino

Einige Ihrer Spezifikationen sind widersprüchlich, aber ich nehme an, Sie möchten 2 A über eine IR-LED für kurze Zeit betreiben, die von einem digitalen 5-V-Logiksignal gesteuert wird, und Sie haben 12 V Autostrom für diese Schaltung zur Verfügung. Ich gehe auch davon aus, dass dieses Ding nicht super genau sein muss.

Hier ist eine einfache Lösung mit einigen Vorsichtsmaßnahmen:

Dabei nutzt man die inhärente Eigenschaft von Bipolartransistoren, dass der Kollektorstrom weitgehend unabhängig von der Kollektorspannung ist. Wenn die Basis von Q1 auf eine bestimmte Spannung angehoben wird, folgt der Emitter etwa 700 mV weniger. Dies legt eine feste Spannung an R1 an, wodurch gemäß dem Ohmschen Gesetz ein fester Strom durch ihn fließt. Der größte Teil dieses Stroms fließt durch den Kollektor, sodass Q1 dann als spannungsgesteuerte Stromsenke fungiert. Der TIP41 ist ein Transistor mittlerer Leistung und hat in diesem Fall eine minimale Stromverstärkung von 15. Das heißt, 1/16 des R1-Stroms kommt von der Basis und 15/16 davon vom Kollektor.

Sie möchten, dass im eingeschalteten Zustand etwa 2 A durch die LED fließen, was bedeutet, dass der Basisstrom bis zu 135 mA betragen muss. Das ist zu viel, um von einem normalen Digitalausgang zu erwarten, deshalb gibt es Q2. Es bietet eine zusätzliche Stromverstärkung von mindestens 50, sodass das digitale Signal jetzt nur noch etwa 3 mA liefern muss, was von den meisten digitalen Ausgängen erwartet werden kann. Q2 und Q1 bilden zusammen ein sogenanntes "Darlington-Paar". Zusammen wirken sie wie ein Transistor mit hoher Verstärkung, aber mit dem doppelten BE-Abfall eines einzelnen.

Wenn 5 V an die Basis von Q2 angelegt werden, liegen etwa 4,3 V an der Basis von Q1 und etwa 3,6 V an R1. Aus diesem Grund beträgt R1 1,8 Ω, da er bei 3,6 V 2 A zieht.

Nun zu den Warnungen. Diese Schaltung ist nur für kurze Pulse mit niedriger mittlerer Einschaltdauer vorgesehen. Wenn die LED eingeschaltet ist, wird eine erhebliche Leistung abgeführt. Bei einer 12-V-Quelle und unter Berücksichtigung der 2 A, die fließen werden, müssen 24 W irgendwo hin. Ein wenig (ca. 3,6 W) wird für die beabsichtigte Ansteuerung der LED verwendet, etwa das Doppelte (ca. 7,2 W) erwärmt R1, und der größte Teil des Rests (ca. 13 W) erwärmt Q1. Dies ist insbesondere für Q1 kein nachhaltiger Zustand.

Alle diese Teile sollten in der Lage sein, diese Leistung für kurze Bursts gleichzeitig zu bewältigen, aber der Durchschnitt muss deutlich geringer sein. Wenn die Bursts kurz und das Tastverhältnis niedrig sind (10 % oder weniger), muss wahrscheinlich nichts weiter getan werden.

Wenn Sie mehr Leistung vertragen müssen, müssen Sie zuerst den Stress auf Q1 verringern, da dort die meiste Leistung fließt. Das Hinzufügen eines Kühlkörpers zu Q1 ist ein Ansatz, und das Reduzieren der Spannung darüber, wenn die 2A fließen, ist ein anderer. Bei insgesamt 12 V, 3,6 V über R1 und 1,8 V über D1 bleiben 6,6 V übrig, damit Q1 abfallen kann. Q1 in dieser Darlington-Konfiguration benötigt mindestens 1 V, lassen Sie besser 1,5 V, damit es seine Arbeit tun kann. Das bedeutet, dass etwa 5 V zusätzlich vorhanden sind, die durch einen Widerstand in Reihe mit der LED abfallen könnten, ohne den Betrieb der Schaltung zu beeinträchtigen. Das bedeutet, dass Sie bis zu 2,5 Ω in Reihe mit der LED hinzufügen könnten, um einen guten Teil der Wärme aufzunehmen, die Q1 sonst abführen müsste. Die gleiche Energie wird immer noch verschwendet und in Wärme umgewandelt,

Datenblatt aller verwendeten Teile ist immer hilfreich. Erspart anderen, sie N-mal zu jagen.

Definieren Sie dc = Arbeitszyklus = 0 = 0 %, 1 = 100 %,
z. B. 30 % dc bedeutet dc = 0,3

Beachten Sie, dass die Behauptung, eine 5-W-LED zu sein, nicht als Vfcont x Ifcont = 1,4 V x 1,4 A = 2 W gilt. Die Antwort ist unabhängig von dieser Mehrdeutigkeit.

Der BD135 ist „altehrwürdig“, hat nicht die erforderliche Stromstärke und ist auf keinen Fall ein überaus schönes Gerät. Verwenden Sie einen MOSFET wie diesen Fairchild RFD14N05LSM – auf Lager bei Digikey für unter 1 US-Dollar. 14A, 50V, Logikpegelgatter (3V reichen hier aus, mehr gut). TO220 oder DPak.

Ipeak ist jetzt 2A.
Ersetzen Sie 6r8 im Emitter durch einen Widerstand, der bei 2 A um etwa 0,6 V abfällt, um BC337 einzuschalten und den Strom zu begrenzen.

R = U/I = 0,6/2A ~= 0,3R

Widerstandsverlustleistung für dc = 1 = I ^ 2 x R = 2 ^ 2 x 0,3 = 1,2 W. Aber bei 2A ist LED c < oder << 2A. Power_resistor = i^2 xrx dc. = 120 mW bei 10 % dc
= 12 mW bei 1 % dc.

Transistorverlustleistung = V x I x dc = (13,5-1,4-0,6) V x 2A x dc = 11,5 x 2 x dc = 23 x dc Watt. dh 24 Watt bei 100 % dc
2,4 W bei 10 % dc
240 mW bei 1 % dc.

Reduzieren Sie den Eingangstreiberwiderstand auf 10 Ohm.

Die Schaltung funktioniert unverändert mit MOSFET anstelle von BD135.

ABER ...

Diese Schaltung ist nicht gut darin, den FET-Spitzenstrom genau zu steuern. Ich würde eher einen Komparator oder Operationsverstärker verwenden, der eine im Wesentlichen identische Rolle spielt. Die Kontrolle wird viel definierter sein.

Rl = LED.

Vin wird auf den relevanten Pegel gepulst, um die LED einzuschalten.
Der Pegel kann eingestellt werden, indem die Prozessorspannung geteilt wird, was immer noch genauer wäre als die Transistorschaltung, oder indem das Treibersignal auf den vorgesehenen Pegel geklemmt wird.