Hiệu quả điều chỉnh dòng không đổi cho đèn LED 700ma


7

Tôi đang chế tạo một chiếc đèn có mười hai đèn LED RGB 3x700ma, cần được điều khiển riêng lẻ (100-200Hz), để chúng có thể hiển thị các màu khác nhau từ mỗi đèn LED. Để làm điều này sau đó, tôi nghĩ rằng tôi cần một mạch điều chỉnh dòng không đổi 700ma riêng biệt cho mỗi trong số 36 chip LED riêng lẻ trong các đèn LED RGB này. (LƯU Ý: Tôi không thể đặt bất kỳ đèn LED nào trong số này, vì mỗi trong số 3 chip trong mỗi 12 đèn LED cần phải được điều khiển PWM độc lập.)

Vì tất cả điều này sẽ được đặt trong đèn, tôi muốn nó có hiệu suất ít nhất 80%, để giảm lượng nhiệt mà nó tạo ra. Có 90 watt năng lượng truyền đến các đèn LED đó, vì vậy ngay cả với hiệu suất 80%, điều đó vẫn có nghĩa là 20w nhiệt chỉ từ quy định dòng điện không đổi.

Tôi đã điều tra một loạt các tùy chọn, nhưng tôi tự hỏi những lựa chọn nào khác mà tôi đã bỏ lỡ.

Cách 1: Điện trở

Một tùy chọn tôi đã xem xét là sử dụng 3 bộ chuyển đổi dc-dc chuyển đổi, có thể điều chỉnh, một cho mỗi màu của chip LED và điều chỉnh chúng ở ngay trên Vfwd cao nhất trong số 12 đèn LED và sử dụng điện trở để hạn chế dòng điện.

Ưu điểm:

  • Nếu Vsupply chỉ cao hơn trung bình 0,5V so với Vfwd của đèn LED, thì kết quả này sẽ đạt hiệu suất khoảng 80%.

Nhược điểm:

  • Điều này có nghĩa là đo Vfwd chính xác của từng đèn LED và mua điện trở giá trị chính xác cho từng đèn LED.
  • Khi Vsupply gần với Vfwd, các biến thể nhỏ trong Vsupply có thể gây ra các biến đổi lớn về lượng dòng điện chạy qua đèn LED trong loại mạch đó.
  • Tôi không có nhiều chỗ trong đèn và 36 điện trở 3 watt chiếm một khoảng không gian hợp lý.

Tùy chọn 2: NSI50350 - không phù hợp

Bảng dữ liệu: http://www.onsemi.com/pub/Collonymous/NSI50350AS-D.PDF

Khi tôi lần đầu tiên nhìn vào con chip này, tôi đã nghĩ rằng đó chính xác là thứ tôi cần. Hai trong số chúng song song sẽ điều chỉnh dòng điện tới 700ma. Tuy nhiên, sau khi có một số ít để thử, hóa ra tôi đã không đọc bảng dữ liệu đủ chặt chẽ. Trừ khi tôi tăng điện áp cung cấp lên khoảng 8 hoặc 9V, nó chỉ cho phép dưới 350ma (mỗi) thông qua. Chạy đèn LED 4.0 Vfwd ở mức 8V này sẽ tạo ra một lượng nhiệt khó chịu từ bộ điều chỉnh, vì vậy nó không thực tế cho dự án của tôi.

Tôi biết một giải pháp cho vấn đề này là chạy nhiều đèn LED nối tiếp, tuy nhiên, vì lý do đóng gói, chỉ có đủ 12 đèn LED trong dự án này, (Một trong mỗi lỗ ở một trong số này: http://www.flickr .com / photos / xenoc / 7501865510 / in / photostream ) và mỗi trong số 12 đèn LED đó cần phải được điều khiển PWM một cách ngẫu nhiên.

Ưu điểm:

  • Dễ dàng thiết kế và xây dựng mạch.

Nhược điểm:

  • Lượng nhiệt rất lớn.

Tùy chọn 3: CAT4101

Bảng dữ liệu: http://www.onsemi.com/pub/Collonymous/CAT4101-D.PDF

Tôi chưa thử những thứ này, nhưng tôi có một ít để thử không. Từ việc đọc bảng dữ liệu, có vẻ như họ sẽ có thể hoạt động với điện áp cung cấp chỉ cao hơn 0,5V so với đèn LED Vfwd.

Ưu điểm:

  • Hạ thấp, hy vọng? Có nghĩa là không quá nhiều nhiệt.

Nhược điểm:

  • ?

Tùy chọn 4: bộ điều chỉnh chuyển mạch

Tôi không có nhiều kinh nghiệm trong thiết kế điện tử (tôi chỉ làm việc này trong một vài năm, như một sở thích) vì vậy tôi không biết nhiều về việc chuyển đổi các bộ điều chỉnh, ngoài việc chúng hiệu quả hơn, nhưng phức tạp hơn, bộ điều chỉnh tuyến tính.

Tôi cần đặt 36 người trong số họ vào một khu vực khá nhỏ, tôi không biết chúng có thể được làm nhỏ đến mức nào. Gần đây tôi mới bắt đầu hàn các bộ phận của SMT, nhưng tôi sẽ có PCB được sản xuất cho tất cả những thứ này, vì vậy tôi có thể đi lên bề mặt khi cần thiết, để giữ cho mọi thứ nhỏ.

Các bộ điều chỉnh chuyển đổi có thể an toàn với đèn LED mờ không?

Ưu điểm:

  • Hiệu quả hơn

Nhược điểm:

  • Mạch phức tạp hơn. Không chắc chắn tôi có đủ kinh nghiệm để chẩn đoán bất kỳ vấn đề nào với nó.

Lựa chọn ??

Tôi có những lựa chọn nào khác? Bất kỳ giải pháp tuyến tính cần phải có điện áp rơi thấp để tránh tạo ra quá nhiều nhiệt.

Thêm nền

Ý tưởng cơ bản của nó là một chiếc đèn sẽ ngồi trong phòng khách của tôi, có lẽ hầu hết là màu trắng (trừ khi nó tắt), nhưng nó có thể nháy một đèn LED cụ thể khi có chuyện gì đó xảy ra (như email, hoặc tweet) hoặc có thể được đưa vào "chế độ tiệc tùng" nơi nó sẽ FFT một nguồn âm thanh (micrô hoặc đầu vào) và sử dụng nó để điều khiển 12 đèn LED. Việc điều khiển PWM thực tế sẽ được thực hiện bởi một số chip AVR, nhưng đó là một phần khá độc lập của dự án.



Đó là một bài viết tuyệt vời, cảm ơn, tôi đã không tìm thấy nó khi tôi tìm kiếm trước khi đăng. Có một số điều về việc điều khiển hiệu quả một đèn LED công suất cao mà tôi vẫn chưa rõ sau khi đọc nó. 1. Trong CCR 2 bóng bán dẫn, nếu 25% điện áp phải trên R2, điều đó có nghĩa là hiệu suất tối đa 75%, nếu tôi hiểu đúng? Điều đó sẽ tạo ra quá nhiều nhiệt cho ứng dụng của tôi. 2. CCR chế độ chuyển đổi có thể được điều khiển không? Nếu vậy, tần số PWM nào phù hợp với các tần số chuyển đổi khác nhau? Những câu hỏi này nên được hỏi như những câu hỏi riêng biệt?
Derek Lewis

bạn nói đúng về hiệu quả CCR. Để làm cho nó hiệu quả hơn, bạn cần một điện áp cung cấp gần với điện áp chuyển tiếp của đèn LED. Có những thiết kế nguồn dòng tuyến tính khác cũng yêu cầu giảm ít hơn điện trở cảm biến hiện tại. Tần số SMPS khác nhau, vì các tần số khác nhau làm tăng một số hiệu quả và giảm các tần số khác. Tần số cao hơn cho phép các cuộn cảm nhỏ hơn và hiệu quả hơn, nhưng cũng làm tăng tổn thất chuyển mạch. Bất cứ nơi nào giữa 1kHz và 10 MHz có thể được mong đợi.
Phil Frost

Bạn có thể đưa ra bất kỳ ví dụ (hoặc liên kết) nào của các thiết kế nguồn hiện tại tuyến tính yêu cầu giảm ít hơn không? Có cái nào tốt hơn 0,5V (được quảng cáo) của CAT4101 tôi đã đề cập ở trên không? Tôi sẽ nghiên cứu thêm về SPMS trong thời gian này, cảm ơn.
Derek Lewis

Chỉ tình cờ bắt gặp điều này, có thể là một tác phẩm hay: Điều khiển xung quá mức của đèn LED Cree® XLamp®: Thông tin và cảnh báo
Phil Frost

Câu trả lời:


1

Nếu có thể chấp nhận được nhiều hơn chi phí tối thiểu, bạn có thể thực hiện bộ chuyển đổi buck trên mỗi đèn LED. Đây có thể là số lượng thành phần rất thô và thấp và không phải là một mức giá lớn. Mỗi bộ chuyển đổi sẽ có thể đặt một dòng điện tỷ lệ thuận với một đầu vào PWM hoặc analog. Có thể dưới $ 1 mỗi kênh.

Ý tưởng 3 x Nguồn cung cấp cộng với điện trở của bạn có thể chấp nhận được NHƯNG có thể được cải thiện về hiệu suất (với chi phí tăng) bằng cách cung cấp 3 x nguồn cung cấp cộng với các nguồn hiện tại không đổi. Các nguồn hiện tại không thay đổi nhiều so với các bộ chuyển đổi buck ở trên nhưng không có cuộn cảm.

Thí dụ. Hãy tưởng tượng rằng đèn LED Vf thấp nhất của bạn (có thể là màu đỏ) có dải Vf từ 2.0 đến 2.5V.
Bạn sẽ cần ít nhất 2,5V cung cấp cộng với khoảng không. Nói 2.7 V.
Hiệu quả tối thiểu sẽ là khi Vf = 2V = 2 / 2.7 = 74% NHƯNG đây là trường hợp xấu nhất Vf và trong nhiều trường hợp, phạm vi Vf thấp hơn.
ví dụ: VF = 2.2 - 2.4. Vsupply = 2.6. Zmin = 2.2 / 2.6 = 85%. Tăng nguồn cung lên 2,8V để có thêm khoảng không. Zmin = 2.2 / 2.8 = 78%
Một lần nữa, đây là trường hợp xấu nhất, nên có thể chấp nhận được.

Một công cụ chuyển đổi buck sẽ cải thiện ở trên.

Một giải pháp của zillions. Rsc không cần thiết. Thay vì cảm nhận điện áp đầu ra, dòng LED được cảm nhận. C này có Vref = 1.25V = quá xa. Nó có thể giảm xuống 0,6V hiệu quả khi sử dụng diode nhưng vẫn quá cao. Các IC hiện đại hơn có phần Vref HOẶC 1/4 IC thấp hơn có thể được sử dụng cho mỗi kênh. Sau đó, mỗi kênh trở thành 1 x SOIC MC34063 + 1/4 LM324 + một vài điện trở và một diode bắt trên mỗi kênh. Có thể rẻ hơn IC hiện đại hơn.

nhập mô tả hình ảnh ở đây


Mạch này, từ sound.westhost.com có ​​thể phù hợp.
Tôi độc lập đến một phiên bản tương tự - hoạt động khá tốt. Đây là phản hồi điện áp. Có thể được thực hiện thông tin phản hồi hiện tại. Vsense ở đây = Vbe của Q1. Điều này có thể được giảm bớt với sự cẩn thận.

nhập mô tả hình ảnh ở đây


Rất thú vị. Chi phí tối thiểu không quan trọng đối với điều này như hiệu quả, kích thước và sự đơn giản (theo thứ tự đó). Sau khi đọc một chút về thiết kế SPMS, tôi tự hỏi liệu một giải pháp thậm chí đơn giản hơn có hiệu quả với tôi không. Vì tôi sẽ sử dụng một uC nhỏ AVR để điều khiển đèn LED, có thể được sử dụng để điều khiển bộ chuyển đổi buck rất tối thiểu, chỉ FET, cuộn cảm, diode, nắp? Tôi thậm chí có cần phải cung cấp lại bất kỳ điều khiển nào không, hoặc tôi chỉ có thể sử dụng công thức mã hóa cứng để xác định chu kỳ nhiệm vụ dựa trên độ sáng mong muốn?
Derek Lewis

0

Ở các mức công suất này, có lẽ bạn sẽ phải thực hiện một số loại chuyển đổi để có một thiết kế nhiệt hợp lý. Không rõ câu hỏi của bạn nếu bạn cần điều khiển riêng từng trong số 12 đèn LED, hoặc chỉ các thành phần RG và B. Nếu bạn chỉ cần điều khiển từng màu riêng lẻ, bộ chuyển đổi tăng sẽ cho phép bạn đặt tất cả chúng theo chuỗi và truyền dòng điện qua chúng ngay cả khi điện áp cung cấp của bạn nhỏ hơn tổng điện áp chuyển tiếp của đèn LED. Bạn sẽ cần ba nguồn cung cấp, một cho mỗi màu.

Nếu bạn cần điều khiển riêng từng đèn trong số 12 đèn LED, thì việc cung cấp 12 chế độ chuyển đổi có lẽ không phải là giải pháp hiệu quả nhất về chi phí hoặc không gian. Tuy nhiên, bạn vẫn có thể điều khiển các đèn LED riêng lẻ. Nếu bạn có thể chọn điện áp cung cấp của mình gần với điện áp chuyển tiếp của đèn LED, thì bạn có thể bao gồm một điện trở giới hạn dòng rất nhỏ, nhỏ hơn nhiều so với bạn thường sử dụng. Đôi khi, điện trở của đèn LED, MOSFET và pin là đủ.

Sau đó, bạn có thể làm mờ các đèn LED bằng cách chuyển đổi điện áp nguồn đầy đủ trên chúng thông qua PWM, miễn là bạn không vượt quá dòng tối đa của đèn LED với mỗi xung. Mặc dù thông thường một điện trở nhỏ sẽ không cung cấp đủ quy định hiện tại, bạn có thể bao gồm một số mạch hoạt động để giới hạn dòng trung bình ở trong giới hạn nhiệt của đèn LED và bù cho sự thay đổi nhiệt và sản xuất, miễn là điện trở của bạn có kích thước để giới hạn dòng điện cực đại trong phạm vi thông số kỹ thuật.

Thiết kế nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi khá phức tạp, vì vậy tôi khuyên bạn nên thực hiện thêm một số nghiên cứu và quay lại với các câu hỏi cụ thể khi bạn gặp phải rào cản nếu bạn đi theo con đường này.


Thật không may, tôi cần phải điều khiển tất cả 36 chip LED (12xRGB) riêng lẻ, vì vậy tôi nghĩ rằng tôi thực sự cần 36 nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi. Chi phí thấp là mục tiêu của dự án này ít hơn so với các hạn chế về hiệu quả và không gian, vì vậy nếu một SMPS hiệu quả hợp lý có thể được xây dựng với số lượng 5 đô la mỗi cái, đó có thể là lựa chọn tốt nhất. Đó chỉ là sự thiếu kinh nghiệm tương đối của tôi trong cách làm việc đó.
Derek Lewis

Tôi có đúng không khi hiểu rằng CAT4101, trong khi là tuyến tính, có thể giữ hiệu quả trên 80% không? Nếu Vfwd = 4.0V và điện áp đầu vào là 4.5V để giải phóng mức giảm 0,5V, thì đèn LED sẽ tiêu thụ 2,8W và CAT4101 sẽ đốt cháy 0,35W, có nghĩa là 88% năng lượng đang được sử dụng bởi đèn LED . Trên 36 chip LED, tổng cộng là 12W, mà tôi tin rằng sẽ có thể quản lý được.
Derek Lewis

@DerekLewis tính toán của bạn nghe có vẻ chính xác. Đó là trường hợp tốt nhất nếu mức bỏ học ở mức 0,5V, bạn sẽ cần thêm một chút để có lề cho hoạt động thường xuyên. Tôi cũng đã nghĩ rằng, bạn có thể thoát khỏi chỉ với một SMPS nếu bạn có thể rút ngắn đèn LED mà bạn không muốn với MOSFET, nhưng lái tất cả các cổng nổi đó sẽ rất phức tạp. Bạn có thể mong đợi hiệu quả SMPS là khoảng 90%, nhưng sẽ khó thiết kế hơn và không hiệu quả hơn nhiều.
Phil Frost
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.