¿Se puede usar un MOSFET para atenuar en lugar de cambiar un LED?

Tengo un circuito simple que usa un MOSFET para encender y apagar un foco LED de ~100W (30V, 3A). Funciona para esta aplicación.

Me han pedido que modifique el circuito para que el LED se pueda atenuar, pero sin usar PWM (las razones están más allá del alcance de esta pregunta, pero puedo explicarlas si es necesario).

Entonces, mi solución ingenua fue conducir la puerta del MOSFET con la salida de un DAC, según el siguiente esquema:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El DAC que estoy usando es el MCP4725 (específicamente la placa de conexión de Sparkfun). El MOSFET es de nivel lógico uno, IXFP5N50P3, y está correctamente disipado.

Después de algunas pruebas con la salida DAC a voltajes distintos de 0 o 5V, noto que el MOSFET comienza a fallar. En algunos casos, terminan dejando que fluya algo de corriente incluso si el voltaje de la puerta es cero. En otros casos, fallan al no permitir que fluya suficiente corriente para que el LED alcance su brillo máximo.

Sospecho que estoy usando el MOSFET en un modo de operación que no es seguro, pero no estoy seguro de por qué o cómo saberlo mirando la hoja de datos.

¿Este MOSFET solo se puede usar para cambiar una carga y, de ser así, hay otras partes que serían adecuadas para esta aplicación?

Si el MOSFET funciona bien para encender y apagar el LED, pero falla cuando intenta atenuarlo controlando el voltaje de la puerta, lo más probable es que la causa de la falla sea el calor. Convénzanos de que ha proporcionado un disipador de calor adecuado y muestre sus cálculos de la temperatura de unión. Además, proporcione un enlace a la hoja de datos del LED.
Cuando no use PWM, su MOSFET deberá operar como "resistencia variable". Luego 'quemará' toda la energía no utilizada y se pondrá muy, muy, muy caliente. Además de mucho más difícil de controlar, compáralo con iniciar/detener una cuerda o reducir la velocidad, dejando que se deslice entre tus manos.
Mira la hoja de datos del MOSFET: Fig. 1. Características de salida @ TJ=25ºC. En Vgs = 5V: Id = 0.4A, por lo que el Vgs (th) del FET es demasiado alto. Su LED nunca se encenderá por completo, incluso con la salida máxima de DAC.
" Me han pedido que modifique el circuito para que el LED se pueda atenuar, pero sin usar PWM (las razones están más allá del alcance de esta pregunta, pero puedo explicarlas si es necesario). ", Me encantaría escuchar la razón . . Dudo que esté justificado.
@HarrySvensson, los LED se utilizan para proporcionar patrones de luz en un objeto filmado por una cámara de alta velocidad. El sistema tiene 30 LED y cada uno debe ser direccionable individualmente. PWM'ing tantos canales a la velocidad correcta no parecía factible con un Arduino. Quizás con una MCU diferente, como Parallax, podría ser posible.
@UgoRiboni Entonces podría (debería) usar PWM junto con un filtro. Usar un MOSFET como resistencia en este proyecto de potencia relativamente alta => dispararse en el pie.
@HarrySvensson, ¿puede dar más detalles sobre lo que quiere decir con "PWM junto con un filtro"? En el contexto de la conducción de LED, generalmente entiendo que PWM atenúa el LED encendiéndolo y apagándolo a una frecuencia más alta que el umbral de fusión de parpadeo del ojo humano para que parezca que es menos brillante. Pero eso no "engañará" a una cámara de alta velocidad.
@UgoRiboni Es más fácil mostrar de lo que estoy hablando. Esto es lo que yo llamaría "el camino correcto".

Respuestas (1)

No se recomienda (especialmente para 3 A) apagar y encender un LED con fines de atenuación. Debe usar un controlador de LED de corriente constante que entregue la corriente en modo de conducción continua (CCM). CCM significa que la corriente del LED nunca llega a cero entre ciclos de conmutación. Se requiere un inductor.

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Este es un circuito de controlador de LED Buck CC simple que utiliza un Didoes Inc. AL8849 de 3 amperios .
La corriente máxima se establece usando R SET .
Usaría el pin CTRL para atenuar PWM

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La manera más fácil y posiblemente la mejor de hacer esto sería usar un controlador de corriente constante HLG-120H-42B de $ 45 Mean Well de 42 V y 120 vatios alimentado por CA con tres métodos de atenuación utilizando un solo par de cables. Este controlador proporciona una eficiencia del 93 % desde la pared hasta el LED.

Este es un controlador de alta calidad con una garantía de 7 años. También hay controladores de imitación más baratos disponibles. Recomendé el 42V donde el rango de corriente constante es 12V-42V y la corriente máxima es 2.9A. El HLG-120H-36B de 36 V es de 18 V-36 V hasta 3,4 A.

MÉTODOS DE REGULACIÓN

  1. Resistencia 0-100K
  2. 0-10 VCC
  3. PWM de 10V

Los métodos de atenuación 2 o 3 funcionarían en su aplicación.


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usando un controlador MeanWell, necesitaría una señal de control en el rango de 1-10 V que requerirá un circuito adicional para convertir la señal de 0-5 V que tengo disponible de Arduino + DAC. Por lo tanto, probablemente sea más sencillo usar un AL8843 como sugiere, aunque me preocupa que no sea suficiente, ya que en la hoja de datos afirma "hasta 60 W de potencia de salida" y los LED requieren más que eso (alrededor de 100 W)
Si observa el diagrama de bloques, solo hay un MOSFET entre SW y tierra. Ese MOSFET tiene una clasificación de 3A. No veo cómo el voltaje de salida pondría limitaciones en el 3A. Todavía no he usado este chip personalmente, así que no puedo probarlo ni verificarlo por usted. La "potencia de salida" de 60W entra en conflicto con las especificaciones de 3A y 40V, por lo que entiendo su preocupación. No hay muchos controladores 3A con MOSFET interno disponibles. Lo veo como una cuestión de tiempo. ¿Tienes tiempo para construir un prototipo y probarlo? De lo contrario, un controlador con un MOSFET externo, como un LM3409, puede ser una mejor opción.
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