Steuerung von 10 Hochleistungs-LEDs mit einem Raspberry Pi

Ich versuche herauszufinden, wie ich 10 Luxeon Rebel LED (700 mA) von einem Raspberry Pi aus steuern kann. Ich möchte sie vom Code aus ein- und ausschalten können, aber ich muss nicht zwei oder mehr LEDs gleichzeitig einschalten, immer eine LED auf einmal.

Zunächst einmal weiß ich nicht viel über Elektronik, daher scheinen einige Fragen offensichtlich zu sein. Ich habe etwas recherchiert und bevor ich alle Teile bestelle, würde ich gerne wissen, ob ich Fehler gemacht habe.

Ich plane, diesen BuckPuck-Treiber zum Ansteuern der LEDs zu verwenden. Ich dachte, ich könnte die LEDs parallel schalten und einen 2N2222-Transistor als Schalter verwenden. Ist das der beste Weg?

Um den Wert der Widerstände R2, R4, R6 usw. zu ermitteln, habe ich die Verstärkung aus dem Datenblatt (30) und den Basis-Emitter-Wert (0,6 V/1,2 V) verwendet. Da der GPIO des Raspberry PI 3,3 V beträgt, sind es 3,3 - 0,7 = 2,6 V und 23,3 mA = 111 Ω. Ist das so richtig oder verstehe ich etwas falsch?

Brauche ich einen Widerstand zwischen der LED und dem Transistor, und wenn ich einen brauche, wie finde ich den Wert?

Schließlich möchte ich das Licht per PWM dimmen können, es scheint mit den CTRL- und REF-Pins des BuckPuck machbar zu sein, aber ich verstehe nicht wirklich, wie es funktioniert.

Hier ist ein Schema, das nur drei LEDs zeigt (mit 10 LEDs war das Bild zu klein).

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Danke !

In Ihrem Schema haben Sie sich für den NPN-Transistor 2N2222 entschieden, der dem hohen Strom nicht standhält. In solchen Fällen würde ich einen Leistungstransistor wie 2N2102 (Ic max = 1 A) in einem TO-39-Gehäuse oder einen BD139 (Ic max = 1,5 A, noch sicherer) in einem TO-126-Gehäuse verwenden. Beachten Sie auch, dass die ausgewählte Verstärkung die minimale Verstärkung ist. Der wirkliche Gewinn liegt irgendwo zwischen diesem und dem Maximalwert. Üblich sind bei solchen Transistoren mindestens 100. Ersetzen Sie in diesem Fall einfach den 100-Ohm-Widerstand durch einen 1K-Widerstand.
Danke, du hast Recht! Wenn ich einen 2N2102 verwende, welchen Wert hat der Widerstand (R2, R4, R6)? 1k ? Und mit einem BD139, brauche ich einen?
Ich würde sagen, kümmern Sie sich nicht (zu sehr) um diesen Widerstandswert, da er nicht derjenige ist, der den LED-Strom bestimmt [sollte]. Geben Sie ihm einen Wert, der hoch genug ist, um den Basisstrom zu begrenzen, und niedrig genug, um den Transistor in einem dauerhaften EIN-Zustand zu halten. 1K sollte ok sein. Sie benötigen immer einen Widerstand, um den vom Digitalausgang gezogenen Strom zu begrenzen (denken Sie daran, dass sich der Emitter-Basis-Übergang wie eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode verhält).

Antworten (2)

Der BuckPuck ist ein Abwärtswandler ("Buck"). Sie müssen es mit einer Spannung versorgen, die mindestens 2,5 V über der Durchlassspannung der LEDs liegt. Die LED hat eine typische Vf von 3,2 V, sodass Ihre Eingangsspannung mindestens 5,7 V betragen soll. Nennen Sie es 6V oder höher. Der BuckPuck nimmt eine Eingangsspannung bis zu 32 VDC auf, obwohl der Wirkungsgrad etwas abfällt.

Es wird geregelt, um konstanten Strom zu liefern. Mit anderen Worten, der BuckPuck variiert seine Ausgangsspannung, sodass der Strom gleich bleibt. Dem Buckpuck ist es egal, ob Sie eine oder drei LEDs in Reihe haben, er erzeugt einfach die Spannung, die erforderlich ist, um 700 mA durch den Stromkreis zu schieben. Natürlich darf diese Ausgangsspannung nicht größer als 2,5 V kleiner als die Eingangsspannung sein.

Aus diesem Grund benötigen Sie keine Begrenzungswiderstände in den LED-Pfaden. Dies bedeutet auch, dass Sie Ihre FETs (oder Transistoren) so auswählen möchten, dass sie beim Einschalten kleine Widerstände haben ( R D S − Ö N in den Datenblättern)

Dies stellt jedoch ein Problem in Ihrem Design mit mehreren Pfaden dar. Wenn Sie eine der LEDs ausschalten, bevor Sie eine andere einschalten, kann der Strom nirgendwo hinfließen. Die Ausgangsspannung schießt auf das maximal mögliche, da der BuckPuck versucht, 700 mA weiter zu drücken.

Eine Lösung besteht darin, eine der LEDs einzuschalten, bevor eine andere ausgeschaltet wird. MOSFETs brauchen Zeit zum Ein- und Ausschalten, daher müssen Sie möglicherweise eine Verzögerung in Ihren Code einfügen, um sicherzustellen, dass immer ein Strompfad verfügbar ist.

Beim PWM-Dimmen schalten Sie im Grunde nur den CTRL-Pin ziemlich schnell ein und aus. Das Datenblatt besagt, dass Sie die PWM-Frequenz unter 10 kHz halten müssen. Ich würde es auf etwa 1 kHz oder sogar langsamer halten. Was Sie tun, ist, die LED schneller ein- und auszuschalten, als das Auge erkennen kann. Was Sie am Ende sehen, ist die durchschnittliche Helligkeit.

Dies können Sie jedoch nur direkt tun, wenn Sie 5-V-Logikausgänge haben. Das RPi hat 3,3V Ausgänge. Das Datenblatt enthält die folgenden Beispiele, die für Sie nicht funktionieren, da Sie keine 5-V-Logik haben:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Lesen Sie Seite 4 des Datenblatts sehr sorgfältig durch. Beachten Sie auch, dass die Masse des Mikrocontrollers (die RPi-Masse) mit LED- verbunden ist.

Praktischerweise liefert der REF-Pin 5 V für Ihre Verwendung. Sie müssen diese 5 V in den CTRL-Pin schalten. Eine Möglichkeit besteht darin, einen kleinen Optoisolator (Optokoppler) zu verwenden, wie z. B. den Sharp PC713V0YSZXF .

Wenn Sie nicht wissen, wie man einen Optoisolator verwendet, würde ich hier nach Antworten suchen :)

Viel Glück.

Danke, ich verstehe die Rolle des BuckPuck und die Funktionsweise des PWM besser. Und für den Rds-on-Wert gilt er nur für die FETs, richtig? Ich finde diesen Wert nicht in den Datenblättern von NPN-Transistoren. Ich habe immer noch Probleme, die richtigen Komponenten zu finden. Ich bin froh, dass Sie darauf hinweisen, dass es ein Problem sein wird, wenn alle Lichter gleichzeitig aus sind. Wie Sie sagten, werde ich sicherstellen, dass ich einen einschalte und den vorherigen ausschalte.
@oks2024 Schön, dass es Sinn gemacht hat :) Ja, da hast du recht R D S Ö N ist nur für FETs; tut mir leid, dass ich das nicht erwähnt habe. Ein eingeschalteter FET sieht aus wie ein kleiner Widerstand. Ein BJT ("Bipolar Junction Transistor") hat stattdessen einen bestimmten Spannungsabfall. Bei einem NPN heißt dies v C E ( S A T ) Ein FET ist viel besser für Leistungsschaltanwendungen.
Ich habe einige Nachforschungen zu MOSFET angestellt, bin mir aber nicht sicher, ob ich die Datenblätter noch vollständig verstehe. Kann ich zum Beispiel einen FDN337N- Link verwenden?
@ oks2024 Ja, das wäre ein ausgezeichneter FET für Ihre Zwecke. Der v G S von 30 V stellt sicher, dass die FETs nicht ausfallen, selbst wenn Sie alle LEDs gleichzeitig ausschalten. Das Tief v G S − Ö N ermöglicht Ihrer 3,3-V-Logik, die FETs vollständig zu aktivieren. Ein Problem ist jedoch, dass dieser spezifische FET wirklich klein ist. Wenn Sie nicht viel Löterfahrung haben, wird es schwer zu bedienen sein. Ein vergleichbarer FET in einem größeren Gehäuse wäre einer wie dieser , obwohl es möglicherweise bessere gibt. (Dieser ist nicht billig ...)

Der Treiber, den Sie haben, ist ein Konstantstromtreiber, und wenn Sie sein Datenblatt überprüfen, sollte er zum Ansteuern einzelner LEDs in Ordnung sein, vorausgesetzt, Sie erfüllen die Anforderung, dass die Eingangsspannung 2,5 V höher ist als die nominale Durchlassspannung der LEDs. In diesem Fall benötigen Sie keinen Widerstand in Reihe mit den LEDs.

Das Datenblatt macht nicht klar, ob LED- mit Masse identisch ist, und ich vermute, dass es nicht ganz dasselbe ist - dort wird ein kleiner Shunt-Widerstand vorhanden sein, der den Strom misst.

Bipolartransistoren sind für diesen hohen Strom nicht ideal, ich würde dafür FETs wählen. Möglicherweise mit einem 3,3 V -> 5 V Hochleistungspuffer vom GPIO, um als FET-Treiber zu fungieren.

Bearbeiten: Wollte einen FET vorschlagen, aber zu viel Auswahl. Sie wollen etwas mit logischem Pegel und vernünftiger Strombehandlung. Wahrscheinlich in einem TO-251-Gehäuse.

Danke für deine Antwort. Entschuldigung für die Anfängerfrage, aber was sind die Hauptunterschiede zwischen Transistoren und FET?
Bipolartransistoren sind Stromverstärker: Sie leiten einen Strom durch den Basis-Emitter und kommen ungefähr 50-300 Mal durch den Kollektor-Emitter. FETs ähneln eher einem Gate-spannungsempfindlichen Widerstand, bei dem "Ein" einige zehn Milliohm beträgt. In jedem Fall benötigen Sie etwas Größeres als einen 2n2222.
Steuerung von 10 Hochleistungs-LEDs mit einem Raspberry Pi
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