Corrente costante per un LED da 20 W.

Qualcuno può spiegare i circuiti a "corrente costante"?

1. Quando sono necessari?
2. Cosa succede senza uno?
3. Qual è la versione più semplice di un tale circuito?

Ho comprato alcuni LED da 20 W su ebay con l'intenzione di far illuminare una bici. "Semplice", ho pensato, "Il LED e la batteria del mio laptop sono entrambi a 11Vdc, quindi li collegherò".

In realtà non l'ho provato, ma un amico di EE ha suggerito che se lo faccio, assorbirà troppa corrente e si esaurirà - ma non sapeva perché; non fa l'elettronica di potenza.

La maggior parte dei circuiti di controllo a LED ha solo un resistore in serie per controllare la corrente del LED. Questo va bene se la tensione di alimentazione è più o meno costante, ma varia la tensione, così come la corrente e la luminosità del LED. Se vuoi una luminosità costante, vuoi anche una corrente costante . Ciò significa che la resistenza in serie deve variare con la tensione di alimentazione. Questo è il circuito più semplice per esso:

Questa è una sorgente di corrente costante dimensionata per 1 mA, che è troppo piccola per la tua applicazione, ma il principio rimane lo stesso. La tensione dell'emettitore di base del transistor è di 0,6 V, quindi dato che lo zener crea una caduta di 5,6 V tra$V_+$ e la base del transistor rimane 5V per il resistore. $\dfrac{5V}{5k\Omega} = 1mA$.

Se il tuo LED è 20 W a 11 V, allora hai bisogno di 1,8 A di corrente, quindi calcolerò gli altri componenti per questo valore. Sostituisci lo zener con 3 x 1N4148, questo ti dà una caduta di 0.6 V su R1 (tre diodi perché useremo un darlington, che ha 2 x 0.6V tra base ed emettitore).$R1 = \dfrac{0.6V}{1.8A} = 0.33\Omega / 1W$.
Il transistor TIP125 darlington ha un$H_{FE}$ di 1000, R2 dovrebbe essere $\dfrac{10V}{1.8A / 1000} = 5k\Omega$.
Da$V_{CE(SAT)}$per il transistor è 2 V e hai una caduta di tensione aggiuntiva su R1 di 0,6 V, avrai bisogno di un alimentatore da 14 V per essere sicuro che rimanga abbastanza per il LED!
Darlington si dissiperà$2V \times 1.8A = 3.6W$, quindi dovrai montarlo su un dissipatore di calore.

una nota sulle fonti attuali: le fonti
correnti sono il doppio delle fonti di tensione, che sono più comuni; li usiamo continuamente negli alimentatori. Questa dualità significa che alcuni parametri sono reciprocamente opposti.
Mentre una sorgente di tensione tenterà di mantenere costante la tensione alla sua uscita indipendentemente dal carico, una sorgente di corrente manterrà costante la corrente di uscita indipendentemente dal carico. Ciò significa che per una sorgente di corrente la tensione di uscita varierà, come per una sorgente di tensione la corrente sarà variabile.
Una sorgente di tensione ideale avrà impedenza di uscita zero, una sorgente di corrente ideale avrà impedenza di uscita infinita. E mentre una sorgente di tensione ideale non dovrebbe mai essere messa in cortocircuito perché la corrente andrà all'infinito, una sorgente di corrente ideale non dovrebbe mai essere lasciata aperta, perché la tensione che determina la corrente impostata andrà all'infinito.

P = V * I. Nel tuo caso per il LED, P = 20 W, V = 11 V e quindi I = 1,82 A.

Per guidare correttamente il LED dovrai limitare la corrente a 1,82 A. (dovrai anche fornire un adeguato assorbimento di calore poiché 20 W è un sacco di energia da dissipare e la maggior parte sarà sotto forma di calore !!! ! .... ma questa è un'altra questione)

I diodi, utilizzando una giunzione PN, hanno una caduta di tensione diretta, nel caso in cui tale caduta sia di 11 V. Quando si riferiscono al foglio dati del diodo includeranno una curva VI, ciò indicherà la quantità di corrente che fluisce per una data tensione. Quando esaminerai questa curva noterai che la corrente si dirige verso l'infinito per la caduta di tensione indicata. Se permetti che ciò accada, il tuo diodo si esaurirà semplicemente.

Il metodo più semplice per limitare la corrente è usare un resistore. V = I * R. Per una data caduta di tensione, un resistore fisso limiterà la corrente a un valore fisso.

Supponendo che tu abbia una batteria da 18 V e un LED da 11 V, la differenza, 7 V, dovrà essere lasciata cadere sul resistore. Questo è stato risolto. Anche la corrente desiderata è fissa, di 1,82 A. Riorganizzando l'equazione si ottiene R = V / I => R = 3,8 ohm. Questo resistore dovrà essere valutato ad un minimo di 12 W. Questo è un resistore di grandi dimensioni che si surriscalda !!!!

Viene visualizzato il secondo problema: il calore. Per un totale di 32 W da dissipare, avrai bisogno di un serio dissipatore di calore.

Probabilmente puoi eliminare il resistore e sostituirlo con un circuito a corrente controllata basato su transistor o mosfet, ma lo lascerò a qualcun altro per rispondere. Lo stesso problema di dissipazione del calore potrebbe essere ancora presente a seconda del design del circuito !!!

So che hai detto che hai una batteria da 11 V e un LED da 11 V. A meno che il LED non abbia incorporato il circuito limitatore di corrente o la batteria lo sia, sarà difficile pilotarlo alla stessa tensione (a seconda della curva VI del diodo) senza un convertitore boost.

1. Quando si utilizza un dispositivo di alimentazione non lineare, come un LED. Un altro esempio notevole sono le lampade e i laser a scarica di gas.

2. Qualcosa brucia o esplode. LED o alimentatore. O entrambi :-)

3. Per 20 W l'unica soluzione ragionevole è il circuito CC-CC a corrente costante, ma non è semplice. La soluzione più semplice è il regolatore lineare con potente transistor BJT, ma questo dissiperà almeno 10 W di calore. Un resistore semplice non ti darà corrente lineare, ma accettabile in casi a bassa potenza (diciamo per 0.1W).

Se vuoi un semplice driver LED a corrente costante, su All About Circuits ne abbiamo progettato uno .

Tuttavia, è valutato solo a 1 W. Probabilmente avresti bisogno di aggiornare il fet e il driver per farlo funzionare a 20W, il fet avrebbe bisogno anche di un dissipatore di calore e probabilmente avresti bisogno di un induttore più grande.

anno Domini. 1) Ogni volta che usi i led di potenza e non vuoi che brucino.

anno Domini. 2) La chiave è l'interdipendenza corrente-calore. In breve, quando i diodi si surriscaldano, la loro resistenza dinamica diminuisce, il che porta a un ulteriore aumento della corrente. Sorta di una reazione a catena. Quindi se non riesci a dissipare tutto il calore, il tuo LED può facilmente bruciare.

Un'altra cosa, dal punto di vista dell'utente finale, è che la quantità di luce emessa dal LED è proporzionale alla corrente e la dipendenza corrente-tensione è altamente non lineare. Pertanto, è molto più difficile controllare con precisione la luminosità controllando la tensione.

anno Domini. 3) Il modo più semplice, ma inefficiente per farlo, è quello di collegare un resistore in serie che compensi parte della dipendenza negativa della corrente di calore del LED. Questo perché per i resistori, quella dipendenza è opposta nella direzione (ma non nella forma). Quindi non avrai davvero corrente costante, ma il tuo LED sarà più sicuro. Per i test di base, puoi anche semplicemente aggiungere un fusibile a quello per proteggere il tuo LED.