Recomendación de diseño con LED Array Design

Su hoja de datos de LED muestra una cifra (que tomo solo como representativa ) de$3.01\:\textrm{V}$al operar en$150\:\textrm{mA}$. También muestra que el fabricante agrupa sus LED para clasificaciones de voltaje, con un máximo$V_{fwd}$en décimas de voltio de$2.7-3.2\:\textrm{V}$. Si los está comprando a un proveedor autorizado (o directamente), es probable que le pidan que les diga qué contenedor desea y puede haber una diferencia de precio entre uno y otro. Si estos provienen de un proveedor que no le pregunta sobre el contenedor, es posible que no estén en el contenedor y que se extiendan en cualquier lugar dentro del rango de$2.6-3.2\:\textrm{V}$, en funcionamiento a la misma corriente. (El$2.6\:\textrm{V}$proviene del voltaje mínimo del contenedor LED de voltaje mínimo). Mirando la curva de$V_{fwd}$vs actual, estimaría una resistencia efectiva local de aproximadamente$1.8\:\Omega$. (Simplemente estimando$R=\tfrac{\Delta V}{\Delta I}$.) Por lo tanto, existen dos modelos de horquillado para sus LED:

Ahora solo a modo de ejemplo, usemos su$8.2\:\Omega$resistencia limitadora de corriente y su$12\pm 5\%\:\textrm{V}$fuente de alimentación y vea qué rango de comportamiento podría esperar en los casos más desafortunados.

Por un lado, puede obtener tres LED, todos con$2.6\:\textrm{V}$@$150\:\textrm{mA}$. Así que en este caso tienes:

Por otro lado, puede obtener tres LED, todos con$3.2\:\textrm{V}$@$150\:\textrm{mA}$. Así que en este caso tienes:

Más un poco para la variación de la fuente de alimentación.

Una cosa importante que surge de esto es que puede ver fácilmente cuánta variación en la corriente podría ver en el peor de los casos. Y seguramente verá diferencias en la iluminación y diferencias en la disipación entre estas dos circunstancias. Además, si debe obtenerlos todos con el contenedor de clasificación de voltaje más bajo, podría esperar que 4 cadenas sumen corrientes tan malas como$1.5\:\textrm{A}$, que excede la clasificación de su fuente de alimentación. Finalmente, todas estas corrientes están muy por encima de su valor supuestamente diseñado de$150\:\textrm{mA}$. Lo que significa que su resistencia tampoco se calculó correctamente. (Eso vino de su uso de$3.6\:\textrm{V}$, por supuesto.)

Las resistencias no son buenos reguladores de corriente cuando tienen muy poco margen de voltaje para trabajar. Esa es una conclusión.

Otra es que es posible que desee considerar insertar un regulador de corriente activo simple en línea con cada cadena para mejorar la situación. Algo como esto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Ahora bien, esto tampoco es perfecto. Pero es mejor. Un problema inmediato que debo señalar es que el 2N3906 no es apropiado aquí. Puede que tenga que disiparse$750\:\textrm{mW}$(o mucho menos), por lo que debe seleccionar algo en un paquete más grande que un TO-92. Un TO-220 sería mucho mejor. Y hay un montón de opciones allí. Dejaré eso para su propia consideración si decide ir por este camino. Pero tenlo en cuenta.

El circuito que he mostrado establece la corriente con$R_1$. En este caso, estoy asumiendo un$V_{BE}$gota de aproximadamente$800\:\textrm{mV}$, por lo que la corriente debe ser de aproximadamente$140\:\textrm{mA}$con los tipos de LED de menor voltaje y aproximadamente$120\:\textrm{mA}$con los tipos de LED de mayor voltaje. Esa es una regulación mucho mejor que con solo una resistencia. La razón por la que esto funciona es$R_2$y$Q_1$colector de corriente. El PNP BJT vuelca cualquier exceso de corriente a través de su colector a tierra. De esta manera, los LED obtienen un suministro de corriente relativamente estable y el BJT desecha cualquier exceso que de otro modo podría haber entrado en ellos. he puesto$R_2$de modo que apenas haya un exceso de corriente que el BJT deba descargar si los voltajes del LED están en el lado máximo alto. La regulación sería aún mejor si pudiera establecer ese exceso de corriente en un nivel más alto. Pero si lo hiciera, excedería la clasificación de su fuente de alimentación con las cuatro cadenas de LED aplicadas. Así que estoy afeitando las cosas cerca de aquí.

Las resistencias también deben tener un tamaño de al menos un cuarto de vatio. Pero este es un enfoque posible para mejorar las cosas si no sabe lo que está obteniendo.

También habrá una variación en la corriente de carga vista por su fuente de alimentación. Pero configuré esto para que el peor de los casos sea sobre$230\:\textrm{mA}$por cadena. Entonces, con cuatro cadenas, esto significa que aún es menor que la clasificación de la fuente de alimentación.

En efecto, he agregado una regulación de corriente mucho mejor para cada cadena de LED. Todavía hay alguna variación posible. Pero con la combinación probable de valores de LED, apuesto a que es posible que no pueda notar la diferencia.

¡Hagamos cuentas!

Vf = 3* 3,6V = 10,8V

Vr = 12 V - 10,8 V = 1,2 V

Entonces, el voltaje en la resistencia será de 1.2V.

1.2V = 8.2R * yo

yo = 146mA

iTotal = 4*146mA = 584mA

Plegado = 3,6 V * 146 mA = 0,5256 W

Resistencia = 1.2V*146mA = 0.1752W

Entonces, yendo a las preguntas:

¿Es suficiente el suministro para que los LED brillen al máximo? ¿La corriente de suministro y el voltaje son suficientes para el diseño del arreglo?

Bueno, 0.584A < 1A por un buen margen, entonces sí. (Suponiendo que el máximo de LED es de 0,5 W y se enfrían correctamente).

¿El valor de la resistencia es suficiente para bajar el voltaje?

La corriente calculada es de 146 mA, lo suficientemente cerca del valor previsto. Así que es un buen valor. La resistencia debe tener una capacidad nominal de al menos 1/2 W o más. Con cuidado para disipar el calor, debería estar bien.

Vamos a revisar:

Desea que la corriente del LED sea de 0,15 A y suministre toda la cadena con 12 V CC.

Primero, si yo fuera tú, comprobaría$V_F$contra$I_{LED}$graficar y encontrar$V_F$para una corriente LED de 0.15A. Supongamos que es 3.6VDC.

Con un suministro de 12 V CC, por supuesto, es mejor conectar 3 LED más una resistencia limitadora en serie. Con$V_F=3.6V$y$I_{LED}=0.15A$,$R_L = \frac {12 - (3 \cdot 3.6)}{0.15}=8 \Omega$. Disipación de energía de$R_L$será$P_{R_L}=0.15^2 \cdot 8 = 0.18W$. Parece que las resistencias de 0.25W serían suficientes, pero personalmente te recomiendo que conectes dos$16\Omega/0.25W$resistencias en paralelo.

La corriente de carga total será$I_{TOT}=4\cdot 0.15 = 0.6A=600mA$, asegúrese de que su fuente de alimentación sea suficiente.

Hagamos algunas matemáticas mejores. en la elección de contenedores Vf e If y Pd con un mejor enfoque en las especificaciones y requisitos generales. ($, aumento de grados C, % de error y rango de temperatura ambiente nb !!)

• Este es un LED blanco de 500 mW de buena calidad.

Aunque todavía quedan algunas incógnitas como;

• Contenedor Vf para número de pieza de LED, (pn)
• Disipador de calor y resistencia térmica de la interfaz, estos LED son Rjc = 20'C/W
• opción de transistor
  • Asumiría que una buena elección de disipador de calor es < 10'C/W
  • por lo tanto 30'C/W *1.5W=45'C aumento adecuado para 40'C ambiente máx.
• Diseño de Corriente Constante,
  • dado que la caída de V es 1 LED o 3V, el regulador tradicional de la serie de 2 transistores funciona bastante bien
  • CC se probó con un suministro de 10% de tolerancia por varias razones
  • 5 % debido a la fuente o 11,4 V mín.
  • 5% debido al margen de voltaje de carga en el controlador CC para LED
  • Los LED están disponibles de 2,7 a 3,2 a 150 mA en contenedores de 0,1 V
  • por lo tanto, la cadena 3S es de 8,1 a 9,6 V, lo que deja 1,8 V min para la caída de CC (Vce + Vbe)
    • 11.4Vcc - 9.6Vled = 1.8Vmin donde Vbe=0.7 y Vce=1.1
    • la elección de NPN requiere bajo Vce (sat) @ 150mA
    • como Vce(sat) tiene Ic/Ib=10,
    • Vce(sat) debe ser <<0.4V para obtener hFE=100 @1.1V,
    • idealmente, Vce = 2 Vmin para Q2 a 150 mA para una buena hFE, Q1 es de baja corriente.
    • elija una selección de Vf máx. más baja en los números de pieza o un % de Vcc más ajustado

JAVA Sim.link Siéntase libre de cambiar los valores (mouse derecho en una nueva pestaña)

LED = modelo Zener de 2,9 V con ESR = 2 ohmios

De la hoja de datos calculada en Excel (en realidad Open Office ccalc.exe)