Konstantstrom für eine 20W LED

Die meisten LED-Steuerschaltungen haben nur einen Vorwiderstand , um den LED-Strom zu steuern. Dies ist in Ordnung, wenn die Versorgungsspannung mehr oder weniger konstant ist, aber wenn die Spannung variiert, ändern sich auch der LED-Strom und die Leuchtkraft. Wer konstante Leuchtkraft will, will auch konstanten Strom . Das bedeutet, dass der Serienwiderstand mit der Versorgungsspannung variieren muss. Dies ist ungefähr die einfachste Schaltung dafür:

Dies ist eine Konstantstromquelle, die für 1 mA ausgelegt ist, was für Ihre Anwendung zu wenig ist, aber das Prinzip bleibt gleich. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors beträgt 0,6 V, so dass der Zener einen Abfall von 5,6 V dazwischen erzeugt$V_+$und der Basis des Transistors bleiben 5 V für den Widerstand.$\dfrac{5V}{5k\Omega} = 1mA$.

Wenn Ihre LED 20 W bei 11 V hat, benötigen Sie 1,8 A Strom, also berechne ich die anderen Komponenten für diesen Wert. Ersetzen Sie den Zener durch 3 x 1N4148, dies ergibt einen Abfall von 0,6 V über R1 (drei Dioden, weil wir einen Darlington verwenden, der 2 x 0,6 V zwischen Basis und Emitter hat).$R1 = \dfrac{0.6V}{1.8A} = 0.33\Omega / 1W$.
Der Darlington-Transistor TIP125 hat einen$H_{FE}$von 1000 sollte R2 sein$\dfrac{10V}{1.8A / 1000} = 5k\Omega$.
Seit$V_{CE(SAT)}$Da der Transistor 2 V hat und Sie einen zusätzlichen Spannungsabfall über R1 von 0,6 V haben, benötigen Sie eine 14-V-Stromversorgung, um sicherzustellen, dass genug für die LED übrig ist!
Der Darlington wird sich auflösen$2V \times 1.8A = 3.6W$, also müssen Sie es auf einem Kühlkörper montieren.

eine Anmerkung zu Stromquellen:
Stromquellen sind das Dual von Spannungsquellen, die häufiger vorkommen; Wir verwenden sie ständig in Netzteilen. Diese Dualität bedeutet, dass bestimmte Parameter einander entgegengesetzt sind.
Während eine Spannungsquelle versucht, die Spannung an ihrem Ausgang unabhängig von der Last konstant zu halten, hält eine Stromquelle den Ausgangsstrom unabhängig von der Last konstant. Das bedeutet, dass bei einer Stromquelle die Ausgangsspannung variiert, wie bei einer Spannungsquelle der Strom variabel ist.
Eine ideale Spannungsquelle hat eine Ausgangsimpedanz von Null, eine ideale Stromquelle eine unendliche Ausgangsimpedanz. Und während eine ideale Spannungsquelle niemals kurzgeschlossen werden sollte, weil der Strom gegen unendlich geht, sollte eine ideale Stromquelle niemals offen gelassen werden, weil die Spannung, die den eingestellten Strom bestimmt, gegen unendlich geht.

P = V * I. In Ihrem Fall für die LED, P = 20 W, V = 11 V und damit I = 1,82 A.

Um die LED richtig anzusteuern, müssen Sie den Strom auf 1,82 A begrenzen. (Sie müssen auch für einen angemessenen Kühlkörper sorgen, da 20 W eine Menge Energie zum Abführen ist und das meiste davon in Form von Wärme entsteht!!! ! .... aber das ist eine andere Sache)

Dioden, die einen PN-Übergang verwenden, haben einen Durchlassspannungsabfall, in Ihrem Fall beträgt dieser Abfall 11 V. Wenn Sie sich auf das Diodendatenblatt beziehen, enthalten sie eine VI-Kurve, die angibt, wie viel Strom bei einer bestimmten Spannung fließt. Wenn Sie diese Kurve untersuchen, werden Sie feststellen, dass der Strom für den gegebenen Spannungsabfall gegen unendlich geht. Wenn Sie dies zulassen, brennt Ihre Diode einfach durch.

Die einfachste Methode, den Strom zu begrenzen, ist die Verwendung eines Widerstands. V = I * R. Bei einem gegebenen Spannungsabfall begrenzt ein fester Widerstand den Strom auf einen festen Betrag.

Angenommen, Sie haben eine 18-V-Batterie und eine 11-V-LED, die Differenz von 7 V muss über den Widerstand abfallen. Dies ist behoben. Ebenfalls festgelegt ist der gewünschte Strom von 1,82 A. Wenn Sie die Gleichung umstellen, erhalten Sie R = V / I => R = 3,8 Ohm. Dieser Widerstand muss auf mindestens 12 W ausgelegt sein. Das ist ein großer Widerstand, der heiß wird !!!!

Das bringt das zweite Problem auf - Hitze. Bei einer Gesamtableitung von 32 W benötigen Sie einige ernsthafte Kühlkörper.

Sie können wahrscheinlich auf den Widerstand verzichten und ihn durch einen gesteuerten Stromkreis ersetzen, der auf Transistoren und / oder Mosfets basiert, aber die Antwort überlasse ich jemand anderem. Das gleiche Problem der Wärmeableitung kann je nach Schaltungsdesign immer noch vorhanden sein!!!

Ich weiß, dass Sie erwähnt haben, dass Sie eine 11-V-Batterie und eine 11-V-LED haben. Wenn die LED oder die Batterie keine eingebaute Strombegrenzungsschaltung haben, ist es schwierig, sie ohne Aufwärtswandler mit der gleichen Spannung (abhängig von der VI-Kurve der Diode) zu betreiben.

1. Wenn Sie ein nichtlineares Leistungsgerät wie eine LED verwenden. Andere bemerkenswerte Beispiele sind Gasentladungslampen und Laser.

2. Etwas brennt oder explodiert. LED oder Netzteil. Oder beides :-)

3. Für 20 W ist die einzig vernünftige Lösung eine Konstantstrom-DC-DC-Schaltung, aber es ist nicht einfach. Die einfachste Lösung ist ein Linearregler mit einem leistungsstarken BJT-Transistor, der jedoch mindestens 10 W Wärme abführt. Ein einfacher Widerstand gibt Ihnen keinen linearen Strom, ist aber in Fällen mit geringem Stromverbrauch akzeptabel (sagen wir für 0,1 W).

Wenn Sie einen einfachen Konstantstrom-LED-Treiber wünschen, haben wir bei All About Circuits einen entwickelt .

Es ist jedoch nur für 1W ausgelegt. Sie müssten wahrscheinlich den Fet und den Treiber aufrüsten, damit er mit 20 W läuft, der Fet würde auch einen Kühlkörper benötigen und Sie würden wahrscheinlich einen größeren Induktor benötigen.

Anzeige. 1) Wann immer Sie Power-LEDs verwenden und nicht wollen, dass sie brennen.

Anzeige. 2) Der Schlüssel ist die Wärme-Strom-Interdependenz. Kurz gesagt, wenn sich Dioden erwärmen, nimmt ihr dynamischer Widerstand ab, was zu einem weiteren Anstieg des Stroms führt. Eine Art Kettenreaktion. Wenn Sie also nicht die gesamte Wärme abführen, kann Ihre LED leicht durchbrennen.

Aus Sicht des Endbenutzers ist außerdem zu beachten, dass die von LEDs emittierte Lichtmenge proportional zum Strom ist und die Strom-Spannungs-Abhängigkeit stark nichtlinear ist. Daher ist es viel schwieriger, die Helligkeit durch Steuern der Spannung genau zu steuern.

Anzeige. 3) Der einfachste, wenn auch ineffiziente Weg, dies zu tun, besteht darin, einen Vorwiderstand anzuschließen, der einen Teil der negativen Wärmestromabhängigkeit der LED kompensiert. Das liegt daran, dass diese Abhängigkeit bei Widerständen in der Richtung (aber nicht in der Form) entgegengesetzt ist. Sie haben also nicht wirklich Konstantstrom, aber Ihre LED ist sicherer. Für grundlegende Tests können Sie auch einfach eine Sicherung hinzufügen, um Ihre LED zu schützen.