Transistores adecuados para proyecto de luz de motocicleta adaptativa

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Estoy trabajando en algo muy similar a esto, Faros delanteros LED adaptables: modelo 8790 Adaptive 2 como un proyecto de pasatiempo. He terminado la parte del controlador, VID_20180728_195351.mp4 , y esta fue la parte más simple del trabajo.

Ahora estoy tratando de construir un circuito que encienda hasta cinco potentes LED dependiendo de la inclinación de la motocicleta.

Los LED son Cree XPG2, necesitan 3,5 V y funcionarán a ~1,5 A. El controlador es ESP32, que da 8 mA y 3,3 V. La motocicleta da ~13,5 V y me gustaría evitar el uso de convertidores de voltaje y mantenerlo tan simple como posible caída de 13 V a 3,5 V en el transistor, el desperdicio de energía no es un problema ya que estos LED se encienden solo por períodos cortos de tiempo.

Probé BD135 como interruptor pero no puede manejar esta carga. Entonces TIP120 está bien, pero para funcionar con la corriente requerida, requiere ~ 4.5 V en la puerta.

ESP32 obviamente no tiene 4.5 V, por lo que para dejar de quemar más transistores, estoy buscando una manera de seleccionar el transistor adecuado para este proyecto. He revisado muchas hojas de datos de transistores, pero no estoy seguro de qué características son importantes aquí.

En temas similares, vi que los transistores MOSFET como IRF520 requieren 1-2 V en la base para estar completamente abiertos, pero me temo que la caída de voltaje puede no ser tan significativa como en darlington TIP120 y no será posible seleccionar un apropiado la resistencia entre el pin ESP32 y la puerta del transistor requiere 3.5 V en el emisor.

ACLARACIÓN: el sistema tendrá 10 luces en total, 5 artículos de cada lado. Se pueden disparar de 1 a 5 leds a la vez dependiendo del ángulo de inclinación.

Todo el sistema funciona con un disipador de calor de aluminio masivo (alrededor de 1 kilo) con flujo de aire activo.

La corriente máxima de sumidero/fuente de un GPIO de ESP32 es de 8 mA, iirc.
TIP120 es un transistor Darlington epitaxial NPN, por lo que necesita una corriente de base para encenderse. Creo que primero deberías leer sobre electrónica básica.
Los MOSFET tienen una puerta y no una base.
Parece que está utilizando el transistor en una configuración de seguidor de emisor: LED entre el emisor y la tierra. Es más común conectar a tierra el emisor y colocar el LED entre el colector y el suministro positivo, controlando la corriente con una resistencia en serie con el LED.
Básicamente, busque mosfets de nivel lógico o controladores mosfet. Pero tratar de usar el transistor o fet para bajar 9.5V a 1.5A o 14 Watts no parece inteligente.
el TIP120 es un BJT; tiene una base, no una puerta.
Además, en lugar de dejar caer tanto voltaje en el transistor, ¿tal vez pruebe con varios LED en serie? De esa manera conviertes más energía en luz y menos en calor.
@PeterBennett sí, esto es lo que estoy haciendo. vale la pena probar tener una poderosa resistencia adicional en secuencia con led. Gracias por la información
@Felthry 4 LED secuenciales brindan 4 veces más posibilidades de que 1 módulo de lente se quede sin servicio. de lo contrario tiene sentido. gracias
El esquema que ha agregado revela otro problema: tiene sus LED en el emisor, cuando deberían estar en el colector.
Con los LED entre el emisor del transistor y tierra, no puede obtener más de aproximadamente 2,5 voltios (en realidad, el Vcc del ESP - 0,7 voltios) a través de los LED, ya que el voltaje del emisor siempre será de aproximadamente 0,7 voltios por debajo del voltaje del emisor. Los LED deben ir del lado del colector de los transistores, con una resistencia limitadora de corriente en serie.

Respuestas (2)

Esta es una aplicación automotriz típica.
La forma en que esto se hace normalmente es que los LED están conectados en serie y usa un controlador de LED de refuerzo.

Es poco probable que pueda conducirlos más allá de 1 amperio, ya que se calientan mucho. En 1A, necesitará una gestión térmica significativa.

Ya están disponibles XP Gen 3 (XP-G3), que son más eficientes.
XP-G2 142 lm/W, V f = 2,9 V @ 350 mA
XP-G3 158 lm/W, V f = 2,73 V @ 350 mA Con el XP-G2 de alta eficiencia o XP=G3, el V f ≈ 2,9 V @ 1A.
5x2,9 = 14,5 V

150 lm a 350 mA = 143 lm/W
Si pudiera aumentar la corriente y mantener 85°CT j entonces
A 1000 mA obtendríamos 2,5 veces más lm: 375 lm a 1000 mA = 125 lm/W
A 1500 mA obtendríamos 3,4x más lm: 510 lm @ 1500 mA = 113 lm/W
A 2000 mA obtenemos 4,2 veces más lm: 630 lm @ 2000 mA = 105 lm/W

Ejemplo:

Este controlador LED boost MIC2282 toma una entrada de hasta 15V.
Es muy simple con solo 5 partes externas.
La resistencia SNS establece la corriente.
Puede manejar entre 5 y 10 LED a 13,5 V en

ingrese la descripción de la imagen aquí

Transistor adecuado

Si necesita encender y apagar cada LED individual, entonces usaría un MOSFET de canal N de grado automotriz con R DS bajo (encendido)

El Rolm RUL035N02FRA 20 V, 3,5 A, 43 mΩ R DS (encendido)
Este MOSFET está clasificado para dispositivos médicos de soporte vital de Clase III
y calificado AEC Q101.

Hacer funcionar LED individuales por debajo de 3 V desde un suministro de 15,5 V requiere un regulador de conmutación para reducir el voltaje de suministro o resistencias de potencia grandes (es decir, más de 15 vatios) para cada LED.

El calor va a ser un problema.

A 1500 mA, eso es 4,5 W por LED y más de 16 W por resistencia.
Un disipador de calor masivo no resolverá este problema de 200 W (10 LED) por sí solo. No es fácil diseñar una placa de circuito impreso que pueda propagar el calor de cada LED al disipador lo suficientemente rápido.

Debido a que no me gustaría que los faros de mi bicicleta se apagaran a más de 100 mph, la confiabilidad es importante.

El calor es un factor importante en la fiabilidad de los semiconductores. Se requieren reguladores de conmutación reductores (en mi humilde opinión). Alta eficiencia equivale a baja disipación de calor y mayor confiabilidad.

El LMS3635 es un regulador reductor reductor de 5,5 A con una eficiencia del 92 %.
1 o 2 de estos en paralelo servirían.
Suponiendo que no más de 5 LED estén encendidos al mismo tiempo.
Para obtener 2000 lm de cinco XP-G3, necesitaría un poco más de 4 amperios.

no estoy seguro de cuál es tu idea exacta
usa 5 XP Gen 3 por módulo de luz, da 2x5x5=50 leds? o usar un modulo convertidor por modulo de luz lo que da 10 convertidores y 10 leds?
¿Se pueden disparar de 1 a 5 leds a la vez dependiendo del ángulo de inclinación? Entonces, ¿necesita controlar cada LED individualmente? Lo que propuse fue un solo controlador que maneja 5-10 LED. Sin encendido y apagado, solo encendido cuando se alimenta con 13,5 V. Si no van a estar todos encendidos continuamente, ¿cómo los va a controlar? ¿Qué significa 2x5x5=50 leds? ¿Cuál es el segundo 5?
si echas un vistazo al vídeo en cuestión te harás una idea. si, 10 leds o grupos de leds serán controlados por separado, aquí es donde empieza toda la historia con los transistores. 2x5x5 significa 2 lados, 5 leds en el grupo, 5 grupos en cada lado. vea el enlace a la luz original que estoy tratando de copiar. Estoy trabajando en esos elementos de luces laterales que se encienden cuando una motocicleta se inclina.
Ayer no se reproducía el video. Lo intenté de nuevo hoy y ahora lo entiendo. Entonces, ¿esto es iluminación adicional además de los faros de fábrica? Ahora no estoy seguro de qué tan grave será el problema del calor si el LED solo se enciende de manera intermitente. Estaba pensando que estarían encendidos continuamente. Si solo está encendido durante un giro, eso es solo 1 segundo a 30 mph.

Ok, un problema que estoy viendo de inmediato aquí es que estás disipando todo el exceso de voltaje en tus transistores. Por eso se están quemando.

Puede calcular fácilmente la disipación de potencia en el transistor multiplicando la caída de tensión (~10 V) por la corriente (1,5 A). Esto da 15W, que en pocas palabras, es demasiado.

Una solución sencilla es utilizar una resistencia de potencia en serie con el LED; y encienda el transistor completamente. Esto disipará la mayor parte de la energía en la resistencia, en lugar del transistor.

Una solución más eficiente sería usar una resistencia más pequeña y luego usar PWM para limitar la corriente a un nivel apropiado.

Otra solución sería usar un regulador de conmutación para reducir el voltaje a 5 V y luego derivarlo a los distintos LED. Esto será mucho más eficiente que usar 13.5v directamente y evitará que quemes tus transistores. El suministro deberá manejar 5leds x 1.5A = 7.5A. Busque el regulador de conmutación en Amazon, encontrará algo.

Notas al margen sobre mosfets:

Los mosfet son geniales. Son más fáciles de usar que los transistores en aplicaciones de conmutación. El truco es buscar en la hoja de datos un gráfico de Rds(on) vs Vgs. La mayoría de los mosfets tendrán esto, pero algunos no. Encuentre la resistencia del mosfet a 3.3v, a partir de eso puede calcular fácilmente la potencia que disipará a 1.5A.

Hay algunos trucos que puede usar para aumentar el voltaje del controlador de puerta y obtener un Rds (encendido) más bajo, por ejemplo, usando un controlador de puerta o un transistor adicional. Pero eso añade complejidad.

Una cosa más, el hecho de que un mosfet tenga un Vgs (encendido) de 2 V no significa que tendrá una resistencia baja a 2 V. Comienza a conducir en ese punto, pero es posible que deba aumentarlo hasta 5 V o más antes de que la resistencia sea aceptablemente baja. Siempre revise la tabla.

el comentario más explicativo hasta ahora. ¿Existe tal cosa como una matriz MOSFET o un MOSFET integral? Entonces, en lugar de soldar 10 transistores, 10 resistencias de potencia, probablemente 10 resistencias habituales, ¿puedo soldar 1-2 integrales y el resto?
la gente escribe que PMV16XNR puede ser una buena opción para la lógica de 3.3v
Probablemente tendrá que usar componentes individuales. Hay matrices de mosfets y resistencias, pero son partes especializadas y generalmente no están diseñadas para aplicaciones de alta potencia como esta.
El PMV16XNR se ve bastante bien. El Rds (encendido) es muy bajo a 3,3 V y la calificación actual es lo suficientemente alta. Lo único preocupante es que el Vds máximo es de solo 20V. Los 13,5 V de la batería pueden tener picos que superen eso. Probablemente sería mejor un mosfet de 40V.
PMV16XNR son súper pequeños. casi imposible de soldar a mano
Transistores adecuados para proyecto de luz de motocicleta adaptativa
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