Diseño de circuito LED de alta potencia y fuente de corriente constante

Estoy tratando de diseñar una placa de circuito LED regulable. Está controlado por un Arduino con sus señales PWM. Soy nuevo en electrónica, así que tengo algunas preguntas sobre mi diseño y conocimiento. He adjuntado dos diagramas que he hecho para ayudar con la visualización. Vcc es 24 VDC y 5 V es el pin PWM del Arduino.

La idea es controlar los LED RGB (1 W por canal) mediante un transistor TIP122 Darlington. Por lo que sé, hay una caída de 1,4 V desde la base hasta el emisor en el TIP122 (Vb-Ve = 1,4 V). El voltaje en el colector y la base debe ser el mismo (Vc = Vb). El voltaje base es el voltaje que sale del divisor de voltaje (R1 y R2). Si R1 es igual a R2 (R1 = R2), entonces Vb debe ser la mitad de 5 V o 2,5 V (Vb = 2,5 V). A partir de ahí, el voltaje del emisor es de 1,1 V (Ve = Vb - 1,4 V = 1,1 V).

La corriente de emisor es la suma de la corriente de base y la corriente de colector. Sin embargo, la corriente base es muy pequeña en comparación con la corriente del colector, por lo que podemos suponer que la corriente del emisor es la misma que la corriente del colector (Ie = Ic). Al cambiar el valor de la resistencia (R_Q) después del TIP122, podemos controlar la corriente que fluye a través del circuito (es decir, = Ve/R_Q = 1,1 V/R_Q). Esto supone que la ganancia actual no es mayor que 1000.

Desde los circuitos LED para principiantes, se supone que debo poner una resistencia (R_L) en serie con los LED para limitar la corriente que fluye a través del LED y evitar que se destruya. Pero si la resistencia después del TIP122 limitará la corriente, ¿todavía necesito la resistencia R_L?

Como ejemplo, usemos el circuito del segundo diagrama. El voltaje útil que puede alimentar el LED sería la diferencia entre el voltaje de suministro y el voltaje en el colector TIP122 (Vcc-Vc = 24V-2.5V = 21.5V). Supongamos que los 3 LED en serie tienen cada uno un voltaje directo de 6 V (Vf = 6 V) y una corriente directa de 750 mA (If = 750 mA), por lo que hay 18 V de voltaje directo total y sobran 3,5 V ( 21,5 V – 3*6 V = 3,5 V). Ahora, normalmente, colocaríamos una resistencia de 4,67 Ω (R_L = 3,5 V/750 mA = 4,67 Ω) para mantener el flujo de corriente a través de los LED en 750 mA. Pero con el TIP122 y el R_Q, ¿sigue siendo necesario el R_L? Si no se necesita R_L, ¿seguiría siendo cierto incluso cuando el voltaje sobrante es mucho mayor? Entonces, digamos dos LED en serie en lugar de tres, lo que da un sobrante de 9.5 V.

Si algo de lo que dije es falso, por favor hágamelo saber. Solo estoy explicando mi proceso de pensamiento en mi diseño y agradecería cualquier comentario al respecto.

ingrese la descripción de la imagen aquí

ingrese la descripción de la imagen aquí

Cosas para pensar: ¿cuál es su velocidad PWM? ¿Puede el darlington cambiar tan rápido? Si tuviera que hacer algo en este sentido, elegiría un mosfet de canal N. Pueden cambiar más rápido que un darlington y son más fáciles de conducir y tendrá menos pérdidas.
@Aaron Si proviene de un Arduino típico, la frecuencia PWM será inferior a 1 kHz.
Estoy usando un Arduino Micro y su sitio web dice que tiene una frecuencia pwm de 490Hz. Lo he usado con un Darlington antes en un circuito de prueba y funcionó bien para mí. Puede haber un pequeño parpadeo si le doy un ciclo de trabajo del 10%, pero no es muy perceptible.
@Agriculex ¿Para qué sirve la luz PWM de los LED R, G y B? ¿Cuál es el objetivo final? (Es importante seleccionar entre una variedad de cosas que podría decir).
@jonk El PWM es para ajustar la salida/brillo del LED. Esto es para un aparato de crecimiento de plantas. Se utilizará para dar a las muestras de plantas diferentes colores e intensidad de luz de la luz PWM.
@Agriculex Supuse que ese podría ser el caso por su nombre de pila. Pero quería evitar esa presunción. Es posible que desee encontrar y leer varios trabajos de investigación de la NASA y la ESA sobre estos temas. Recientemente he leído algunos artículos muy interesantes relacionados con el tema. Pero lo principal para mí es que no se trata de la percepción humana del color. Lo que significa que mis experiencias son de menos valor. Y así puedo detenerme. ¡Gracias!
@Aaron: el uso de un MOSFET requiere voltajes de base/puerta significativamente mayores que los que suministrará un Arduino. A su vez, esto significa que los MOSFET no son más fáciles de manejar: necesita un traductor de nivel para aumentar el voltaje de la puerta.
@WhatRoughBeast, Huh extraño, pensé que 5V estaba bien para conducir NFET, pero ¿qué sé yo? FET.

Respuestas (1)

Sin que R L , puede aparecer un voltaje mucho mayor a través del transistor, desde el colector hasta el emisor. Es incorrecto decir que el voltaje en el colector es el mismo que el voltaje en la base. El voltaje en el colector cambiará según sea necesario para controlar la corriente.

Si el voltaje base es de aproximadamente 2,5 V, el voltaje del emisor será de aproximadamente 1,1 V. Si los LED caen 6 V en total, entonces el voltaje restante, 24 − 6 − 1.1 = 16.9 V aparecerá del colector al emisor del transistor. Si fluyen 750 mA a través de los LED, esa cantidad de corriente también fluye a través del transistor y disipará alrededor de 12,7 W de potencia. Necesitará un disipador de calor considerable para evitar que se queme.

No hay almuerzo gratis aquí. Si su fuente de alimentación es de 24 V y solo hay 6 V en los LED a 750 mA, entonces estará desperdiciando 13,5 W en alguna parte. Puede agregar una resistencia de alta potencia en serie con los LED para reducir la energía consumida por el transistor, pero está desperdiciando el 75% de su energía sin importar qué.

Eso es revelador saberlo. Noté que el transistor se calentaba mucho más en el canal rojo en comparación con el transistor para el canal azul y verde en el LED RGB 3 en 1. El rojo también tiene un voltaje directo más pequeño.
Diseño de circuito LED de alta potencia y fuente de corriente constante
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v