Conducción de matrices paralelas de LED desde un único suministro de corriente constante

Estoy considerando el uso de un solo convertidor elevador de CC-CC de corriente constante para alimentar varias (6 - 8) cadenas paralelas de 3 LED, como el dibujo a continuación. Esto es alimentado por una sola batería de iones de litio.

El circuito de ejemplo sin conmutación MOSFET

Para controlar cada cadena de LED, propongo usar un MOSFET como en el diagrama a continuación.

Posible forma de controlar cada cadena.

Cada MOSFET sería impulsado por un pin de microcontrolador separado, ya sea alto o bajo.

Según tengo entendido, siempre que la corriente establecida sea lo suficientemente alta como para impulsar todas las cadenas simultáneamente, esto funcionará pero podría tener algunos efectos secundarios:

  1. Al deshabilitar cualquier cadena, la corriente será compartida por las cadenas habilitadas restantes, es decir, las cadenas restantes aumentarán en brillo. Esto significa que cuando solo se habilita una cadena, debe ser capaz de funcionar con la corriente completa (8 veces la corriente en el diagrama anterior).

  2. Si usé los MOSFET para atenuar cada cadena individualmente usando PWM, puede ser una fuente importante de EMI, ya que estos serán impulsados ​​​​por señales de ENCENDIDO sin control de velocidad de respuesta.

  3. La atenuación mediante PWM sería menos eficiente que otros métodos, pero ofrecería un mejor control de la cromaticidad y la intensidad.

  4. Los LED utilizados en el circuito de retroalimentación deberán estar iluminados y no podrán encenderse ni apagarse, a menos que todo el convertidor CC-CC esté desactivado.

Mis preguntas son:

  1. ¿Son correctas mis suposiciones anteriores?
  2. ¿Hay otras desventajas de este enfoque?
  3. ¿Se podrían sustituir los tres LED utilizados en el circuito de retroalimentación por un diodo zener y una resistencia? El voltaje de retroalimentación para este controlador IC es ~100mV.

Se agradecería cualquier otra idea sobre esto u otras posibles soluciones.

Depende de resistencias bastante pequeñas para mantener la corriente equilibrada entre cadenas, esta pequeña retroalimentación negativa puede no ser suficiente para superar la retroalimentación positiva inherente a los LED (cuando un diodo se calienta, su resistencia cae). Quizás lo más importante es que su retroalimentación no está monitoreando la corriente a través de las cadenas adicionales , por lo que no logrará una operación de corriente constante. A menos que sus LED estén (1) extremadamente bien emparejados y (2) acoplados térmicamente, esto no se comportará por sí mismo y, en cualquier caso, no se comportará de la forma en que lo ha modelado mentalmente.
Curiosamente, el primer diagrama proviene de la hoja de datos del convertidor elevador DC-DC. Con o sin MOSFET, la retroalimentación no está monitoreando la corriente a través de las cadenas adicionales. Usar una resistencia de balasto más grande ayudaría. A favor de este posible funcionamiento está el hecho de que los LED saldrían del mismo carrete. ¿Son correctas mis otras suposiciones, ignorando el problema de coincidencia? También me gustaría alguna crítica constructiva sobre la sustitución de Zener en lugar de LED en la retroalimentación.
Bueno, tu suposición #1 es incorrecta. La retroalimentación asegura una corriente constante a través de la primera cadena. La corriente a través de las otras cadenas está controlada solo por la conexión en paralelo; si los componentes coinciden bien (incluso térmicamente), entonces las corrientes serán similares a través de cada cadena. No creo que un Zener se adapte muy bien a los LED: terminaría casi sin control sobre el voltaje y, por lo tanto, sin control sobre las corrientes de LED.
Piense en esto como un canal controlado por corriente y un espejo de voltaje para los otros canales. La corriente total no es constante, depende de cuántas cadenas totales estén activas.
Esto es realmente útil. Gracias. Supongo que ayudaría usar resistencias de balasto mucho más grandes para que coincidan mejor con las cadenas, lo que a su vez disminuiría la eficiencia y luego también podemos usar un suministro de voltaje constante en este punto.
Si la eficiencia es la principal preocupación, la única forma de obtener eficiencia y coincidencia actual sería con un suministro separado para cada cadena. (Hacen circuitos integrados de suministro de retroalimentación de corriente LED multicanal solo por este motivo)
Por ejemplo, es posible que desee considerar el LED7708 de ST .
> Supongo que usar resistencias de balasto mucho más grandes para que coincidan mejor con las cuerdas ayudaría. No. El valor de la resistencia está determinado por el deseo del chip de tener un voltaje establecido en el pin de retroalimentación y la corriente deseada. Una resistencia de mayor valor simplemente disminuirá la corriente que pasa por los LED.
El diseño se basa en la suposición de que los LED tienen un voltaje directo divergente o coeficientes de temperatura relativamente pequeños. Tendrás que buscar tus leds y ver si difieren mucho en esos departamentos. para los LED de alta potencia, son más como resistencias (de pequeño valor) y monitorear una cadena es lo suficientemente bueno.
si desea monitorear varias cadenas, puede sumar el voltaje en el pin de retroalimentación conectando una resistencia (1k por ejemplo) a la resistencia de detección de corriente de esa cadena. No perfecto pero cercano.
Gracias a todos, esperaba usar una solución integrada, sin embargo, lo ideal sería que funcionara hasta ~ 2,9 V, lo que descarta el LED7708... Cada canal debe controlarse individualmente con al menos 3 canales.

Respuestas (3)

Puede intentar configurar una matriz de BJT para que actúe como un espejo actual. Eso equilibraría sus corrientes de carga en cada pierna. Incluso si los transistores no son conjuntos emparejados en el mismo dado, deberían ser lo suficientemente similares para usarlos para este propósito, ya que la resistencia de 10 ohmios proporciona retroalimentación en VBE. El MOSFET RDSon debe estar muy por debajo de 1 ohm para obtener una buena coincidencia con este método.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Si desea poder apagar cualquiera o todas las cadenas, entonces una unidad de corriente constante simplemente no funciona. Como ya ha descubierto, si apaga las cuerdas, la corriente se redistribuye, lo que dará como resultado grandes variaciones de brillo.

Te sugiero que acciones las cadenas con un voltaje constante. Es un poco menos eficiente, pero puede funcionar para usted.
Todo lo que necesita hacer es asegurarse de que la caída de voltaje en la resistencia en serie sea mayor que el cambio de voltaje en todos los LED (en una cadena) debido a los cambios de temperatura. Por ejemplo: si el voltaje a través de la resistencia en serie fuera de 2 V (el mismo que los LED a continuación), entonces podría apagar cada cadena de LED sin afectar la corriente en otras cadenas. Aquí la corriente se establece en 20 mA.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Como ya se dijo, la cadena 1 funciona con corriente constante que establece el voltaje general para todas las demás cadenas. Entonces, todas las demás cadenas operan a un voltaje dado. Por lo tanto, la suposición 1 no es correcta.

2: suponiendo que la frecuencia PWM no supere el rango de kHZ de dos dígitos, probablemente produciría muy poca EMI debido a la velocidad de borde "rápida". Por ejemplo, un borde de "10 Mhz" naturalmente tendría una potencia muy reducida con una frecuencia de repetición (PWM) de 10 kHz. Siempre hay excepciones, una sería que el circuito es de alguna manera resonante a la alta frecuencia.

3 - la atenuación con PWM teóricamente puede acercarse al 100% de eficiencia de atenuación, ¿cuáles son los "otros métodos"?

4 - correcto.

Si la cadena de retroalimentación se sustituye por un zener, la coincidencia de voltaje empeorará. Por ejemplo, las diferencias de coeficiente de temperatura entre un LED y un zener serían peores que entre 2 LED del mismo tipo. Y los diodos zener típicos no son una muy buena referencia de voltaje (en comparación con cualquier referencia integrada de un regulador de voltaje, por ejemplo), entonces también podría optar por una fuente de alimentación de voltaje constante.

Con 3/, me refería a la atenuación analógica si se usara una topología diferente; creo que esto generaría una mayor eficiencia energética a expensas del posible cambio de color con LED blancos y una falta de linealidad adicional en el brillo.
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