Selección de resistencia para retener el mismo brillo en el circuito LED PWM

Estoy haciendo un circuito de control de brillo LED PWM simple. Estoy usando un LED CREE blanco de potencia relativamente alta , un MOSFET de mejora de canal N BSS316N y una resistencia R. El circuito es como se muestra a continuación.

Circuito PWM

Estoy manejando la puerta del MOSFET de canal N con un PWM de 3.3V, 100KHz desde un microcontrolador.

El LED CREE que estoy usando tiene una clasificación de 1A y después de probarlo (con un suministro de CC constante de 5 V y una resistencia en serie con el LED), estoy contento con el brillo que obtuve del LED cuando la corriente promedio que lo atraviesa es alrededor de 350mA. Así que quiero conducir este LED alrededor de esta clasificación actual (también debido a consideraciones térmicas para una vida útil prolongada. Clasificación de corriente máxima de 1/3). Entonces, para una corriente de 350 mA, suministro de 5 V y voltaje directo de 3,05 V del LED, la resistencia limitadora de corriente llega a alrededor de 6 Ω (resistencia de 1 W).

Ahora, cuando conecto el circuito PWM como se muestra en la imagen de arriba, con R1=6Ωuna señal de ciclo de trabajo de 3.3 V, 100 KHz, 90 % en la puerta y suministro de CC de 5 V, la corriente promedio medida (directamente del suministro de CC o cálculo inverso de el voltaje a través de la resistencia limitadora de corriente, R1) llega a alrededor de 60 mA y no a los 350 mA para los que diseñé. Por lo tanto, el LED es más tenue que cuando funciona con una corriente promedio de 350 mA. Supongo que esto se debe a la unidad PWM.

Ahora la pregunta es cómo debo calcular matemáticamente R1una corriente promedio particular y un ciclo de trabajo particular para obtener el brillo deseado (cuando la corriente promedio es de 350 mA). Prácticamente puedo seguir cambiando R1 a valores más bajos hasta que encuentre el valor correcto, pero ¿no debería haber una mejor manera?

Entonces, si uso un valor R1 más bajo, la corriente promedio caerá en el caso de la unidad PWM, pero estoy seguro de que la corriente de impulso será mayor. ¿Puede esto dañar potencialmente el LED a largo plazo? (Frecuencia de conmutación: 100 KHz) o es aceptable?

PD: no estoy buscando una solución de circuito de controlador de corriente constante.

Arreglar +5V ligado a GND err.
Eso es una almohadilla térmica, si entendí bien tu cuna.
veo bien entonces..
Las resistencias limitadoras de corriente o los circuitos como el que proporcionó tienden a ser importantes para mantener un LED estable y consistente. Con ese fin, desea elegir un tamaño que maneje adecuadamente la variación de voltaje, la variación de componentes y la variación de temperatura de funcionamiento. Desea suficiente resistencia para que a la temperatura máxima de funcionamiento del circuito con el voltaje de funcionamiento máximo, en el diodo con el voltaje de umbral más bajo, el LED no se dañe, mientras que en el voltaje más bajo a la temperatura de funcionamiento más baja con el voltaje de umbral más alto todavía es lo suficientemente brillante.

Respuestas (3)

PD: no estoy buscando una solución de circuito de controlador de corriente constante.

Y, sin embargo, como se señaló en otras respuestas, lo que ha construido involuntariamente es un sumidero de corriente crudo.

Si solo desea usar el mosfet como interruptor, entonces (como han dicho otras respuestas) la fuente del mosfet debe estar conectada a tierra y la resistencia debe ir entre el mosfet y el LED (o entre el LED y el 5V suministrar).

¿Puede explicar por qué se comporta así? (como sumidero de corriente)

La corriente a través del mosfet depende del voltaje entre la puerta y la fuente, pero su puerta ya no está conectada a tierra.

Esto establece una retroalimentación negativa, ya que la corriente en la resistencia aumenta, el voltaje a través de la resistencia aumenta, lo que significa que el voltaje entre la puerta y la fuente disminuye.

Desafortunadamente, predecir cuál será la corriente no es trivial. Hay un gráfico de las características típicas de avance en la hoja de datos, pero.

  • Muestra una gran dependencia de la temperatura.
  • Sólo es válido para V DS > 2V.
  • Es solo tipico.
  • Leer valores precisos de los gráficos nunca es fácil.

Mirando el gráfico de 25C, sugiere que con las corrientes en las que estamos trabajando, probablemente habrá alrededor de 2,5 V en la puerta. Eso dejaría alrededor de 0,8 V en la resistencia y una corriente en la resistencia de aproximadamente 133 mA.

Su valor medido es aproximadamente el 50% de esto, puede haber varias cosas que contribuyan a esta discrepancia.

  • Está utilizando PWM, es probable que su multímetro mida el voltaje promedio, no el pico.
  • El voltaje de la fuente de drenaje es probablemente más como 1V que 2V. Esto puede requerir un voltaje de fuente de puerta más alto para lograr la corriente.
  • Es posible que la salida de "3,3 V" de su microcontrolador no sea de 3,3 V completos.
Gracias por la aclaración.

La resistencia en serie con la fuente no permite que el MOSFET se encienda por completo, debe mover la resistencia en serie con la fuente hacia arriba, en serie con el LED.

Gracias por avisarme del error. ¿Puede explicar por qué no se enciende con resistencia entre la fuente y la tierra para que se documente como una respuesta adecuada?
Para un MOSFET de canal N, es el voltaje de la puerta a la fuente lo que lo enciende. Entonces, cualquier cosa en serie con la fuente que pueda dejar caer el voltaje interferirá. 300 mA * 6 ohmios = 1,8 V, por lo que ahora el voltaje de la puerta en relación con la tierra debe ser mayor. Como puede ver, no obtiene 300 mA, se encuentra un equilibrio en algún lugar con una corriente más baja (y una caída de voltaje de resistencia de fuente más baja).

Ahora la pregunta es cómo debo calcular matemáticamente R1

Hiciste un buen trabajo calculando el valor pero mal en su colocación. Debe ir directamente en serie con el LED y no en la fuente del MOSFET.

Una vez que lo coloca en la fuente, el MOSFET se comporta como un circuito de corriente constante y fuerza un voltaje mucho más bajo a través de la resistencia de la fuente. Sus números me implican un valor de 0,36 voltios y eso coincide con el valor VGS (umbral) para los MOSFET más comunes y el nivel de accionamiento de 3,3 voltios en la puerta.

¿Puede explicar por qué se comporta así?
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