Widerstandsauswahl, um die gleiche Helligkeit in der LED-PWM-Schaltung beizubehalten

Ich mache eine einfache LED-PWM-Helligkeitssteuerschaltung. Ich verwende eine weiße CREE-LED mit relativ hoher Leistung , einen N-Kanal-Enhancement-MOSFET BSS316N und einen Widerstand R. Die Schaltung ist wie unten gezeigt.

PWM-Schaltung

Ich treibe das Gate des N-Kanal-MOSFET mit einem 3,3 V, 100 kHz PWM von einem Mikrocontroller an.

Die CREE-LED, die ich verwende, ist für 1 A ausgelegt, und nachdem ich sie getestet habe (mit einer konstanten 5-V-Gleichstromversorgung und einem Widerstand in Reihe mit der LED), bin ich zufrieden mit der Helligkeit, die ich von der LED erhalten habe, wenn der durchschnittliche Strom durch sie fließt ist etwa 350mA. Daher möchte ich diese LED um diese Stromstärke herum betreiben (auch aus thermischen Gründen für eine lange Lebensdauer. 1/3 der maximalen Stromstärke). Bei einem Strom von 350 mA, 5 V Versorgung und 3,05 V Durchlassspannung der LED beträgt der Strombegrenzungswiderstand also etwa 6 Ω (1 W Widerstand).

Wenn ich nun die PWM-Schaltung wie im Bild oben gezeigt verdrahte, mit R1=6Ωeinem 3,3-V-, 100-kHz-, 90-%-Tastverhältnissignal am Gate und einer 5-V-DC-Versorgung, wird der durchschnittliche Strom gemessen (direkt von der DC-Versorgung oder umgekehrte Berechnung von Spannung über dem Strombegrenzungswiderstand R1) beträgt etwa 60 mA und nicht die 350 mA, für die ich ausgelegt bin. Die LED ist also dunkler, als wenn sie mit einem durchschnittlichen Strom von 350 mA betrieben wird. Ich vermute, das liegt an der PWM-Ansteuerung.

Nun stellt sich die Frage, wie ich einen bestimmten Durchschnittsstrom und ein bestimmtes Tastverhältnis mathematisch berechnen soll, R1damit ich meine gewünschte Helligkeit erhalte (wenn der Durchschnittsstrom 350 mA beträgt). Ich kann R1 praktisch immer weiter auf niedrigere Werte ändern, bis ich den richtigen Wert gefunden habe, aber sollte es nicht einen besseren Weg geben?

Wenn ich also einen niedrigeren R1-Wert verwende, sinkt der durchschnittliche Strom im Falle eines PWM-Antriebs, aber ich bin sicher, dass der Impulsstrom höher sein wird. Kann dies die LED auf Dauer beschädigen? (Schaltfrequenz: 100 KHz) oder ist es akzeptabel?

PS: Ich suche keine Konstantstrom-Treiberschaltungslösung.

Fixieren Sie +5V verbunden mit GND Fehler.
Das ist ein Wärmeleitpad, wenn ich deine Krippe richtig verstanden habe.
dann sehe ich ok..
Strombegrenzungswiderstände oder Schaltungen wie die von Ihnen bereitgestellten sind in der Regel wichtig, um eine LED stabil und konsistent zu halten. Zu diesem Zweck sollten Sie eine Größe auswählen, die Ihre Spannungsschwankungen, Komponentenschwankungen und Betriebstemperaturschwankungen richtig handhabt. Sie möchten genügend Widerstand, damit bei maximaler Betriebstemperatur der Schaltung bei maximaler Betriebsspannung an der Diode mit der niedrigsten Schwellenspannung die LED nicht beschädigt wird, während bei der niedrigsten Spannung bei der niedrigsten Betriebstemperatur mit der höchsten Schwellenspannung es ist immer noch ausreichend hell.

Antworten (3)

PS: Ich suche keine Konstantstrom-Treiberschaltungslösung.

Und doch, wie in anderen Antworten erwähnt, ist das, was Sie unbeabsichtigt gebaut haben, eine grobe Stromsenke.

Wenn Sie den Mosfet nur als Schalter verwenden möchten, muss (wie in anderen Antworten gesagt) die Quelle des Mosfets mit Masse verbunden werden und der Widerstand muss zwischen dem Mosfet und der LED (oder zwischen der LED und den 5 V) liegen liefern).

Können Sie bitte erläutern, warum es sich so verhält? (als Stromsenke)

Der Strom durch den Mosfet hängt von der Spannung zwischen Gate und Source ab, aber Ihr Gate ist nicht mehr geerdet.

Dies führt zu einer negativen Rückkopplung, da der Strom im Widerstand zunimmt und die Spannung am Widerstand zunimmt, was bedeutet, dass die Spannung zwischen Gate und Source abnimmt.

Leider ist es nicht trivial vorherzusagen, wie der Strom sein wird. Im Datenblatt ist jedoch ein Diagramm mit typischen Vorwärtseigenschaften enthalten.

  • Es zeigt eine enorme Temperaturabhängigkeit.
  • Es gilt nur für V DS > 2V.
  • Es ist nur typisch.
  • Das Ablesen präziser Werte aus Diagrammen ist nie einfach.

Wenn man sich das 25C-Diagramm ansieht, deutet dies darauf hin, dass bei den Strömen, an denen wir arbeiten, wahrscheinlich etwa 2,5 V am Gate anliegen. Das würde etwa 0,8 V am Widerstand und einen Strom im Widerstand von etwa 133 mA hinterlassen.

Ihr gemessener Wert beträgt etwa 50 % davon, es können mehrere Dinge zu dieser Diskrepanz beitragen.

  • Sie PWMen, Ihr Multimeter misst wahrscheinlich die durchschnittliche Spannung, nicht die Spitze.
  • Die Drain-Source-Spannung ist wahrscheinlich eher 1 V als 2 V. Dies kann eine höhere Gate-Source-Spannung erfordern, um den Strom zu erreichen.
  • Der "3,3 V"-Ausgang Ihres Mikrocontrollers beträgt möglicherweise nicht die vollen 3,3 V.
Danke für die Klarstellung.

Der Widerstand in Reihe mit der Quelle lässt den MOSFET nicht vollständig einschalten, Sie müssen den Widerstand in Reihe mit der Quelle in Reihe mit der LED nach oben bewegen.

Danke, dass du mir den Fehler mitgeteilt hast. Können Sie bitte erklären, warum es sich nicht mit Widerstand zwischen Quelle und Masse einschaltet, damit es als richtige Antwort dokumentiert wird.
Bei einem N-Kanal-MOSFET ist es die Spannung von Gate zu Source, die ihn einschaltet. Alles in Reihe mit der Quelle, das die Spannung absenken kann, wird also stören. 300 mA * 6 Ohm = 1,8 V, also muss jetzt Ihre Gate-Spannung relativ zur Masse höher sein. Wie Sie sehen können, erhalten Sie keine 300 mA, bei einem niedrigeren Strom (und einem niedrigeren Spannungsabfall des Quellenwiderstands) wird irgendwo ein Gleichgewicht gefunden.

Jetzt ist die Frage, wie ich R1 mathematisch berechnen soll

Sie haben einen guten Job gemacht, den Wert zu berechnen, aber einen schlechten Job bei seiner Platzierung. Es muss direkt in Reihe mit der LED und nicht in der Source des MOSFET geschaltet werden.

Sobald Sie es in die Quelle gesteckt haben, verhält sich der MOSFET wie ein Konstantstromkreis und Sie erzwingen eine viel niedrigere Spannung über dem Quellwiderstand. Ihre Zahlen implizieren für mich einen Wert von 0,36 Volt und das stimmt mit dem VGS-Wert (Schwellenwert) für die meisten gängigen MOSFETs und dem Treiberpegel von 3,3 Volt am Gate überein.

Können Sie bitte erläutern, warum es sich so verhält?
Widerstandsauswahl, um die gleiche Helligkeit in der LED-PWM-Schaltung beizubehalten
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