¿Consideraciones de diseño de circuitos usando N-FET para un LED UV de alto brillo?

Estoy diseñando un circuito para alimentar un LED UV de alto brillo. Me gustaría conducirlo de manera segura lo más cerca posible de la máxima irradiación, y tengo problemas para determinar si todos los componentes se eligieron correctamente para evitar dañar o estresar algo (especialmente el LED, que es relativamente caro ) .

Se utilizará una Raspberry PI para proporcionar la lógica de encendido/apagado. El PI se alimenta por separado, pero comparte un terreno común con el sistema de alimentación LED.

Idealmente, me gustaría que el LED sea impulsado directamente por un N-FET, donde la puerta está conectada a un pin GPIO de frambuesa pi:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La primera pregunta que tengo es: ¿estoy leyendo la especificación UV-LED ( aquí ) correctamente?

  • Voltaje directo: 3,45 V.
  • Corriente máxima: 1400mA
  • Potencia eléctrica (máx.): 4830mW

Los tres anteriores tienen sentido, porque 3,45 V * 1400 mA = 4830 mW. Luego veo algunos elementos peculiares:

  • Potencia de salida LED: 1500 mW (mín.), 1700 mW (típico)
  • Corriente de prueba para potencia típica: 1400mA

¿Cómo puede la potencia de salida del LED "típica" ser de 1700 mW cuando la corriente de prueba para la potencia "típica" es de 1400 mA?

Esencialmente, no estoy seguro de si el valor de mi resistencia debe calcularse en función de la cifra de 1400 mA (5 V-3,45 V / 1400 mA = 1,11 ohmios) o si debo derivar una corriente de la cifra de 1700 mW (1700 mW = 3,45 VXI; yo = 492 mA; R = 3,1 ohmios) y luego usando una resistencia más grande.

La segunda pregunta que tengo es con respecto a la NFET. El NFET que tengo está clasificado para 1.7A y 30V (hoja de datos aquí ). Pero el paquete es aterradoramente pequeño (SOT-23) y mi intuición me dice que debo preguntar antes de continuar. Ejecutaré esto a 1.4A, que está bastante cerca de la calificación de 1.7. ¿Funcionará y realmente necesito obtener un disipador de calor pequeño para este NFET? ¿O es mejor obtener un NFET más robusto?

Aparte de eso, me estoy asegurando de obtener una resistencia de potencia fuerte de 1-2 vatios, todos los cables serán de calibre 22 y todos los rastros de PCB serán agradables y gruesos. ¿Alguna otra trampa relacionada con el poder que deba tener en cuenta? Los detalles de la fuente de alimentación también se enumeran a continuación.

¡Muchas gracias!

Hoja de datos para el NFET (1.7A / 30V): https://www.fairchildsemi.com/datasheets/ND/NDS355AN.pdf

Hoja de datos del LED UV: https://www.thorlabs.com/drawings/ca01256cc12b40f8-35473EF6-5056-0103-7951A15FE4DCB58B/M405D2-SpecSheet.pdf

Placa de alimentación y batería 2A+: https://www.adafruit.com/product/2465 https://www.adafruit.com/products/353

Para ese tipo de corriente, se prefiere una fuente de alimentación de controlador de LED de corriente constante.
Ideal. Incluso tiene una entrada de encendido/apagado para que también pueda perder el MOSFET.

Respuestas (2)

Probablemente desee considerar la recomendación en la hoja de datos: "Recomendamos usar los controladores de corriente LED DC2200 o LEDD1B de Thorlabs"

Si aún desea usar el control del modo de voltaje, le preguntaría: ¿realmente necesita ejecutarlo a plena potencia?

VF es un número típico que puede fluctuar con la temperatura y variar de una parte a otra. Entonces, si su aplicación lo permite, ejecutaría corrientes más bajas (tal vez 700 mA).

El número de potencia de salida de LED indicado es para potencia de salida de luz . Dado que la corriente de prueba utilizada para generar esta salida se establece como 1400 mA, puede estimar la eficiencia de su LED y planificar el calor generado en consecuencia.

Su NFET está cerca de la especificación nominal máxima. Doblaría la calificación actual si es posible. Si no lo hace, definitivamente usaría un disipador de calor con un poco de pasta térmica.

Una última cosa que se me ocurre es agregar una resistencia en serie con la puerta del FET. Dado que ejecutará corrientes altas (en relación con la capacidad de manejo del GPIO), no querrá que haya fallas en su LED o en la fuente de alimentación que empujen una tonelada de corriente al GPIO. Una resistencia de 10K debería funcionar.

Muchas gracias, la resistencia de 10K es una gran sugerencia y la agregaré al diagrama. La potencia de salida de luz tiene mucho sentido, ¡gracias por aclarar eso! El Thorlabs DC2200 cuesta unos dos mil dólares, así que... sí. No necesitamos hacer funcionar el LED a plena potencia, pero la luz pasa a través de un orificio de 50 micras, por lo que la mayor parte se absorbe. La luz coherente restante es luego capturada por una cámara CMOS. Cuanta más intensidad, menor puede ser el tiempo de exposición de la cámara (produciendo mejores imágenes). Mi opinión es que, después de todo, estamos pagando por esa calificación de capacidad actual, y también podemos aprovecharla al máximo.
"así que la mayoría se absorbe". ¿Has considerado colocar algún tipo de lente UV entre el LED y el agujero de alfiler? De esta manera, podría aumentar la potencia efectiva que pasa a través del orificio sin acelerar al máximo el LED.
Esa es una gran observación, Lorenzo. En nuestro caso, la dirección de la investigación es buscar un método de imagen de muy bajo costo utilizando holografía sin lentes, solo una cámara CMOS y LED. Eventualmente, nos alejaremos de este costoso LED hacia un LED SMT barato con una corriente similar. Agregar una lente sería hacer trampa :)

Se dan 3,45 voltios como el voltaje directo típico, pero la hoja de datos no dice explícitamente que este voltaje directo se mida a tal o cual corriente directa. La tabla que da este número (página 1 del DS) implica que podría ser de 1 amperio (dado que la medición de la longitud de onda máxima usa esa corriente), entonces, ¿dónde estás para decidir qué valor de resistencia para limitar la corriente del dispositivo?

Desafortunadamente, no se cierra: su circuito muestra un suministro de 5.1 voltios en serie con una resistencia de 1.1 ohmios. Si el voltaje directo es exactamente de 3,45 voltios, entonces la corriente será de 1,5 amperios y es probable que su LED se apague después de un tiempo.

Los 3,45 voltios podrían tener una corriente de prueba de 1 A y, por lo tanto, una resistencia de 1,65 ohmios es más apropiada. Mejor aún, use una fuente de corriente constante como se recomienda; puede hacer la suya con bastante facilidad; no son ciencia espacial.

¿Cómo puede la potencia de salida del LED "típica" ser de 1700 mW cuando la corriente de prueba para la potencia "típica" es de 1400 mA?

Si la corriente (NO la potencia) es de 1,4 A, entonces la potencia en el LED es de 1,4 AX 3,45 V = 4,83 vatios. Con una potencia de luz de salida de 1,5 vatios, esa es una eficiencia del 31% y bastante buena.

¡Oh, lo siento, quise distinguir las dos fuentes de 5V llamando a una 5V1 y a la otra 5V2! Cambiaré los nombres, no corresponden a voltajes fraccionarios, pero mencionas un buen punto, la fuente de alimentación real podría estar generando un poco más. Sí, también noté la cifra de 1000A y eso también fue un poco preocupante. Tal vez debería ir a lo seguro y poner una resistencia para manejar esa corriente ...
No, use un circuito de corriente constante es mi consejo. No es que sean difíciles de implementar, así que no hay problema.
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