Kann ich eine Power-LED mit einem Audio-Leistungsverstärker stroben?

Ich denke, Sie werden feststellen, dass ein Audioverstärker als LED-Treiber eine schlechte Wahl ist.

Es ist AC-gekoppelt, sodass der Ausgang in Bezug auf Masse sowohl positiv als auch negativ schwingt. Daher muss Ihre LED vor den umgekehrten Halbzyklen geschützt werden, wenn sie eine lange Lebensdauer haben soll.

Ein Audioverstärkerausgang ist eine Spannungsquelle mit niedriger Impedanz, LEDs erfordern eine Konstantstromansteuerung oder zumindest eine Form der Strombegrenzung.

Wenn Sie einen (linearen) Audioverstärker verwenden würden, wäre eine viel höhere Bandbreite als 10 kHz erforderlich, wenn der Impuls nicht ernsthaft verzerrt werden soll. 10 kHz ist nur die Grundfrequenzkomponente eines 100-us-Impulses und hängt davon ab, wie stark die Verschlechterung ist Sie können es sich leisten, ich würde denken, Sie brauchen einen Frequenzgang um die 100 kHz. Wie häufig sind diese 100-us-Impulse?

Eine LED mit Strombegrenzung und Sperrspannungsschutz stellt für den Verstärker eine ernsthaft nichtlineare Last dar, mit der er möglicherweise nicht sehr gut umgehen kann.

Soweit ich verstehen kann, versuchen Sie, die LED mit 100 us breiten Impulsen anzusteuern, sodass der Strom entweder vollständig ein- oder vollständig ausgeschaltet ist, nur zwei Zustände. Daher benötigen Sie keinen linearen (Audio-) Verstärker, sondern nur eine geschaltete Stromversorgung.

Haben Sie eine bessere Verstärkung zwischen dem Arduino und der LED in Betracht gezogen, indem Sie Transistoren mit höherer Verstärkung oder eine zusätzliche Stufe verwenden? Ist der Optokoppler notwendig? Könnten Sie bitte einen Schaltplan und Wellenformen von dem posten, was Sie versuchen zu tun?

Später

Wenn ich mir das Datenblatt des IRF1405 ansehe, stelle ich fest, dass VGS(th) (die Gate-Schwellenspannung) zwischen 2 und 4 V liegt, fügen Sie dazu den 0,7-V-Vbe-Abfall des 2N2222 hinzu und Sie könnten den IRF1405 kaum mit 5 V antreiben liefern. Und dies setzt voraus, dass der Ausgang des Arduino bis zu Vcc (5 V) reicht.

Warum verwenden Sie also eine Emitterfolger-Konfiguration, um den IRF1405 anzutreiben? Erden Sie den Emitter des 2N2222, fügen Sie einen geeigneten Kollektorwiderstand (etwa 1K) hinzu und treiben Sie das Gate des IRF1405 von seinem Kollektor. OK, Ihr Signal wird jetzt invertiert, aber ein einfacher Software-Tweak wird das beheben. In dieser Konfiguration beträgt der Ic des 2N2222 5 mA und er hat einen hfe > 50, sodass ein Basisstrom von 1 mA weitaus mehr ist, als erforderlich ist, um ihn in die Sättigung zu treiben, und Sie können den Basiswiderstand entsprechend berechnen.

Ich kann keinen Wert für VGS (max) für den IRF1405 finden, aber das Datenblatt gibt Eigenschaften bis zu 10 V an, sodass die 2N2222-Stufe mit einer Vcc von 10 V (falls verfügbar) betrieben werden könnte, um den IRF1405 härter anzutreiben.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Oben ist ein Design "Rückseite eines Umschlags". WARNUNG - Es ist ungetestet und kann Fehler enthalten!!

Wenn der Arduino-Ausgang auf 0 V liegt, ist Q2 ausgeschaltet, V1 = 36 V und daher ist auch Q1 ausgeschaltet. V2 wird über R6 nach unten gezogen und M1 ist ausgeschaltet, es fließt kein Strom durch die LED.

Wenn der Arduino-Ausgang auf +5 V wechselt, wird der Basisstrom von Q2 durch R1 auf etwa 1 mA begrenzt und er schaltet sich ein. Der Kollektorstrom wird durch Ib von R2 und Q1 auf 2 mA begrenzt. V1 wird nahe 0 V sein (Vce sat). Der Basisstrom von Q1 wird wiederum durch R3 auf etwa 1mA begrenzt. Q1 wird eingeschaltet und R5 und R6 setzen Ic auf etwa 3 mA und bilden einen Spannungsteiler, der V2, die Gate-Spannung von M1, auf 6,5 V definiert. Wenn Vgs eine Nennspannung von 3 V zulässt, beträgt V3 3,5 V, und daher definiert R4 den Strom von etwa 1 A, der durch die LED fließt. Beachten Sie, dass R4 möglicherweise ein Hochleistungswiderstand sein muss, der unter Dauerlast 3,6 W verbraucht. Dies wird durch die Einschaltdauer reduziert. Aber erwarten Sie magischen Rauch, wenn Sie die LED kontinuierlich mit einer niedrigeren Watt-Komponente einschalten!

Ein LED-Strobe-Treiber mit diesem Leistungspegel erfordert erhebliche Aufmerksamkeit bei der Verwaltung des Stroms während der Impulsperiode, um ein Verbrennen der LED zu vermeiden, und einer schnellen Erholungszeit nach dem Impuls. Keines der beiden Attribute gehört in den Bereich eines Audioverstärkers, der naturgemäß bandbreitenbegrenzt ist und daher in beiden Punkten schlecht abschneidet.

Ein Schaltertyp-Treiber, wie Sie ihn als Prototyp entwickeln, ist ein Anfang. Aber Ihr Fahrer ist nicht so gut kontrolliert. Es kann nicht die Möglichkeit nutzen, die LED bei hohen Pegeln genau zu pulsieren, um eine Spitzenhelligkeit zu erreichen.

Ich habe ein paar ICs gefunden, die das können. Ich empfehle kein bestimmtes Produkt, sondern zeige diese als Beispiele für Systemdesigns für diese Problemklasse.

IC Nr. 1: eine Lösung von Linear Technology (jetzt ADI) für eine gepulste 3-A-LED für die Bildverarbeitung. https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/led-driver-for-high-power-machine-vision-flash.html (datahseet: https://www.analog.com/media/ de/technische-dokumentation/datenblätter/LT3932-3932-1.pdf )

Dieses Gerät erzeugt Impulse bis in den Bereich von Mikrosekunden, wenn Sie einen so kurzen Blitz benötigen.

IC Nr. 2: Hier ist ein ähnliches Referenzdesign von TI: http://www.ti.com/tool/TIDA-01081

Nachdem ich ein bisschen mehr recherchiert und versucht hatte, meinen MOSFET-Schaltkreis zu verbessern, stellte ich fest, dass der MOSFET, den ich zuvor verwendet habe (IRF-Serie), nicht in der Lage ist, richtig zu schalten, wenn 5 Volt vom Transistor kommen. Also fand ich ein Spice-Modell für IRL540 und ersetzte es durch das IRF-Modell. Und auch anstelle des Pulldown-Widerstands habe ich einen PNP-Transistor hinzugefügt, um das MOSFET-Gate schnell genug herunterzuziehen. Ich bekomme jetzt problemlos 0,5 us Pulse am LED-Modul laut Simulation.

Ich könnte eine weitere Frage zu diesem brückengesteuerten NPN / PNP-MOSFET-Schalter eröffnen, wenn in der physischen Schaltung etwas schief geht.

Danke euch allen!