Wie man 100 Multi-Chip-LEDs in 6 verschiedenen Farben effizient mit Strom versorgt und anordnet, wobei jede Farbe über ihre eigenen Transistoren läuft

Stoppen. Hör einfach auf.

Sie müssen lernen, wie man LEDs antreibt. Anscheinend ist das, was Sie tun möchten

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

wobei die Anzahl der LEDs von der Spannung von V1 und der Farbe der LEDs in einer Kette abhängt. Hab ich recht?

Wenn ja, sind Sie in großen Schwierigkeiten. Was passieren wird, ist, dass die LEDs bis zu einer gewissen Helligkeit aufleuchten. Sehr wahrscheinlich ist der gezogene Strom zu groß und Sie töten eine oder mehrere LEDs. Sie müssen bedenken, dass die Datenblätter eine Reihe von Werten für Dinge wie Durchlassspannung erwähnen, und Sie können sich nicht darauf verlassen, eine Reihe von "typischen" Einheiten zu erhalten - es sei denn, Sie sind bereit, Dinge zu reparieren, nachdem sie ernsthaft schief gelaufen sind. Aber nehmen wir an, Sie haben Glück gehabt und die LEDs ziehen genau die richtige Strommenge. Was dann?

Nun, die LEDs beginnen sich zu erwärmen. Wenn sie das tun, werden zwei Dinge passieren. Zuerst werden sie dunkler. Zweitens werden sie beginnen, mehr Strom bei der festen Spannung zu ziehen. Dadurch werden sie noch heißer, was dazu führt, dass sie noch mehr Strom ziehen, was dazu führt, dass sie noch heißer werden... und irgendwann stirbt eine LED. Wenn Sie Glück haben, wird der offene Stromkreis fehlschlagen, was die anderen retten wird, obwohl die Saite tot ist. Wenn Sie kein Glück haben, wird es kurzgeschlossen und die Situation wird sehr schnell viel schlimmer, und eine zweite wird ausfallen. Wenn dieser Kurzschluss ausfällt, stirbt ein dritter tatsächlich sehr schnell, und der Prozess wird fortgesetzt, bis alle tot sind oder die Stromversorgung entscheidet, dass sie genug hat, und abschaltet. Der Anstieg der LED-Temperatur wird als „thermisches Durchgehen“ und der Systemausfall als „Krachermodus“ bezeichnet.

Also, wie vermeidet man das? Einfach, Sie schließen die LEDs nicht direkt an eine Spannungsquelle an. Am einfachsten ist es, der LED-Kette einen Serienbegrenzungswiderstand hinzuzufügen

^{Simulieren Sie diese Schaltung}

Wie groß ein Widerstand, fragen Sie? Zumindest würde ich einen Widerstand empfehlen, der 1/4 der Versorgungsspannung abfällt, obwohl ich in diesen Dingen konservativ bin. Wenn Sie also vorhaben, eine LED-Kette mit 2 Ampere von einer 36-Volt-Versorgung zu betreiben, könnten Sie mit 4,5 Ohm gehen, was einen Abfall von 9 Volt erzeugt. Der Wert ist nicht überkritisch, sodass Sie mit einem 5-Ohm-Widerstand davonkommen könnten, was ein üblicher Widerstandswert ist. Natürlich hätten Sie dann nur 27 Volt für Ihre LEDs zur Verfügung, aber das ist schwierig. Außerdem sind 2 Ampere bei 9 Volt 18 Watt, also bräuchten Sie mindestens einen 20-Watt-Widerstand, und ein größeres Gerät wäre besser (Habe ich erwähnt, dass ich in diesen Dingen konservativ bin? Habe ich auch erwähnt, dass ich es habe Raketennutzlasten geflogen, darunter ein Satellit, und meine Boxen sind noch nie ausgefallen? Da gibt es wahrscheinlich einen Zusammenhang.).

Das ist offensichtlich ineffizient. Die Alternative ist die Verwendung einer Schaltstromquelle, die die LED sehr schnell ein- und ausschaltet und einen geeigneten Durchschnittswert erhält. Dies geschieht mit einem relativ geringen Spannungsabfall, was bedeutet, dass Sie mehr Spannung für die LEDs verwenden können. Es ist ziemlich offensichtlich, dass Sie noch nicht in der Lage sind, diese Art von Schaltung zu entwerfen, also empfehle ich wirklich nicht, dass Sie es jetzt schon versuchen. Sie können kommerzielle LED-Treiber kaufen, die auf diese Weise funktionieren, und wenn Sie bereit sind, Ihr Risiko einzugehen, können Sie sie sehr günstig bei eBay bekommen. Denken Sie daran, dass die billigen direkt von unbekannten Unternehmen in China kommen und das alte Sprichwort „Caveat Emptor“ („Käufer aufgepasst“) gilt. Es ist jedoch Ihre Wahl.

Aber nehmen wir an, Sie haben sich entschieden, mit dem DIY-Ansatz fortzufahren. Jetzt müssen Sie Ihren Kühlkörper dimensionieren. Sie haben angegeben, dass Sie insgesamt 262 Watt LED auf jedem Kühlkörper montieren möchten. Wenn wir die großzügige Annahme machen, dass die Lichtausbeute der LEDs 20 % beträgt, dann können wir damit rechnen, dass 80 % der Eingangsleistung als Wärme oder 210 Watt abgeführt werden. Außerdem können wir damit rechnen, dass 1/3 der LED-Leistung an den Serienbegrenzungswiderstand oder weitere 83 Watt verloren gehen. Die Gesamtwärme, die der Kühlkörper bewältigen muss, beträgt 290 Watt. Wenn Sie möchten, dass die LED-Temperaturen nicht mehr als 30 Grad C über der Umgebungstemperatur liegen (was sie auf etwa 130 Grad Fahrenheit bringt), benötigen Sie einen Kühlkörper mit einem Wärmewiderstand von 0,1 Grad/Watt, da 0,1 mal 300 ist 30. Tatsächlich benötigen Sie mit ziemlicher Sicherheit für jede LED einen separaten Kühlkörper, da Sie Ich möchte die LEDs mehr als einen einzelnen Kühlkörper zulassen. Sie können solche Kühlkörper bei eBay kaufen, und sie kosten jeweils etwa 1 Dollar oder vielleicht etwas mehr. Sie müssen auch einen Kühlkörper für jeden Begrenzungswiderstand bereitstellen. Wenn Sie versuchen, mit einem einzelnen Kühlkörper für jeweils 262 Watt LED-Leistung zu gehen, werden Sie feststellen, dass Sie irgendwo in der Nähe von 100 Dollar oder mehr laufen und groß und schwer sein werden UND Sie unbedingt einen Lüfter benötigen für jeden Kühlkörper.

Basierend auf den Zahlen würde eine 36-V-16-Ampere-Versorgung (oder 3x 5-Ampere-Versorgung) gut funktionieren.

Brechen Sie Red1 und Red2 in 6 LED-Serien-Strings auf. 5,5 V * 6 = 33 V

Blue1, Blue2, White in 5 LED-Strings. 6,5 V * 5 = 32,5 V

Red3 könnte in einer einzigen Reihe von 8 LED-Serien ausgeführt werden. 3,8 V * 8 = 30,4 V
Sie könnten eine 1n4007-Diode oder 2 verwenden, um dies stärker hervorzurufen. 30,4 V + 0,7 V + 0,7 V = 31,8 V

Dies gilt natürlich nur, wenn Sie nicht jedes 4-LED-Set von Red3 separat steuern müssen.

Wenn Sie eine Konstantspannungsversorgung mit Widerständen verwenden, benötigen Sie 19 bis 20 3 bis 5 Watt Leistungswiderstände mit 2 bis 4 Ohm. Jede Saite hat schließlich eine etwas andere Spannung.

Sie könnten einige dieser Sets über denselben Transistor steuern. Wie Blue 2 sind es nur 1,4 Ampere. Viele Transistoren können dies tun, oder ein N-Kanal-Mosfet. Aber Red 1 hat 8 Saiten, also 5,6 Ampere. Ein stärkerer Transistor würde benötigt oder mehrere kleinere Transistoren.

Sie könnten mehrere Transistoren von einem einzigen GPIO aus steuern, vorausgesetzt, dass der für die Transistoren benötigte Basisstrom innerhalb der Kapazität Ihres GPIO liegt. Ein Mosfet könnte einfacher sein.