Konstantstromschaltung mit Transistoren / MOSFETs Designvergleich

Es gibt einige Designs für Konstantstromgeräte, aber die meisten verwenden einen bestimmten Chip. Ich suchte nach einer Möglichkeit, meine eigene Konstantstromversorgung aus verfügbaren Teilen aufzubauen. Ziel ist es, eine RGB-LED mit 10 W (10-12 V, 350 mA) zu steuern.

Da ich so gut wie keine Erfahrung in der Elektronik habe (letzte Vorlesung ~ vor 7 Jahren), wollte ich zwei verschiedene Designs von euch ausführen.

Der erste ist einer, den ich direkt von hier genommen habe Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Und der zweite, den ich gefunden habe, war dieser hier . Es ist interessant, da ich einen Darlington-Fahrer in der Nähe habe. Ich habe die Schaltung leicht so modifiziert, dass R1 nicht an die Hauptstromversorgung angeschlossen ist (siehe Abb. 6 im verknüpften Dokument), sondern über einen Arduino PWM-Port gesteuert wird.

Wäre dies möglich oder benötige ich weitere Teile für die PWM-Unterstützung?

Wie vergleichen Sie diese beiden Schaltkreise? Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ps: Die Teilenummern werden nur von CircuitLab eingegeben, achten Sie also nicht zu sehr darauf. Ich werde auf jeden Fall verschiedene Teile verwenden und deren Datenblätter vorher konsultieren.

BEARBEITEN

Nach einiger Zeit habe ich nun tatsächlich die Schaltung eins gebaut (mit dem MOSFET). Ich habe auch einen Tiefpassfilter hinzugefügt, um ein Audiosignal anzuschließen. Zusammen mit einem Arduino als Treiber für die RGB-LEDs pulsiert das Licht im Takt der Musik.

Ich habe die Konstantstromtreiberschaltung für R, G und B dreimal von oben aufgebaut
Der Eingang ist mit drei PWM-Pins eines Arduino verbunden
Basierend auf einem Tutorial von Jeremy Blum habe ich einen einfachen Tiefpassfilter mit 2 Operationsverstärkern, einigen Widerständen und Kappen und einem Trimmtopf gebaut.
Man kann jetzt Audio anschließen, das in einen Singal für den Lautsprecher und einen Eingang für den Operationsverstärker aufgeteilt ist. Die Operationsverstärker verstärken das Signal, das dann an einen analogen Arduino-Pin-Eingang geht
Mit etwas Code, der auf dem Arduino läuft, kann ich jetzt das Licht basierend auf dem Analogeingang auslösen
Ich habe einen Spannungsregler (LM7809) hinzugefügt, um den Arduino von 12 V auf 9 V zu senken. Dies wird nicht wirklich benötigt, aber ich hatte eine und wollte es versuchen :)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich hatte ein bisschen Spaß beim Bauen und möchte es jetzt in eine Lampe stecken und noch mehr programmieren ...

led constant-current

— Martin H.
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In beiden Fällen ist R1 = 100K zu hoch. Für den MOSFET, dessen Gatekapazität wahrscheinlich in der Größenordnung von 1 nF liegt, ergibt sich eine Zeitkonstante von 100 us, was bedeutet, dass er sehr langsam schaltet. Für den Darlington bedeutet dies, dass Sie nur etwa 32 uA Basislaufwerk haben. Selbst wenn Ihr Darlington eine Gesamtstromverstärkung von 10.000 hat (unwahrscheinlich), erhalten Sie nur 320 mA Kollektorstrom.

— Dave Tweed

Ich habe den 100K-Widerstandswert aus dem ersten Link übernommen, den ich gepostet habe. Der Arduino-Pin ist 5 V und max. 20 mA, denke ich. Der im zweiten Stromkreis verwendete TIP110 NPN Darlington hat eine Stromverstärkung von 2500. Bedeutet dies, dass mein zugeführter Strom 350 mA / 2500 = 0,14 mA betragen muss? Dies würde mir einen Widerstandswert von (5-0,7) V / 0,14 mA ~ 30 kOhm geben. Klingt das vernünftiger?

— Martin H

Nein nicht wirklich. Zuallererst wird die Basisspannung des Darlington in der Größenordnung von 1,8 bis 2,1 V liegen, was 3 V_be-Abfällen entspricht, nicht nur einem. Zweitens ist es nichts Falsches daran, es um den Faktor 10 zu übersteuern. Der größte Teil des überschüssigen Stroms wird von Q1 überbrückt, was gut ist, weil Sie nicht möchten, dass dieser Transistor an der haarigen Kante der Leitung arbeitet. Das würde Ihren Basisstrom auf 1,4 mA bringen, und der Basiswiderstand sollte ungefähr (5 V - 2,1 V) / 1,4 mA = 2100 Ohm betragen. Wenn Sie 2200 Ohm, 5%, verwenden, sollte das in Ordnung sein.

— Dave Tweed

@ DaveTweed nicht sicher, ob die Langsamkeit im MOSFET-Fall wirklich ein Problem ist. 100 ns sind für jede Art von LED-Blinken ziemlich schnell, und da diese Schaltung sowieso für den Betrieb von M1 im aktiven Bereich ausgelegt ist, ist es nicht so, als würde das Schalten langsam mehr Schaltverluste verursachen.

— Phil Frost

@PhilFrost: Woher hast du 100 ns? In jedem Fall besteht der Punkt der Schaltung darin, der PWM zu ermöglichen, das Tastverhältnis des Stroms zu ändern, der von den beiden Transistoren geregelt wird. Wenn der MOSFET nicht schnell genug vollständig ein- oder ausgeschaltet werden kann, um der PWM-Weveform zu folgen, funktioniert er einfach nicht. 100 ns wären ein guter Wert für die Zeitkonstante, aber das würde einen 100-Ohm-Gate-Widerstand bedeuten, und der Strom würde den Ausgangspin des Arduino überlasten. Um den Spitzenstrom auf 20 mA zu begrenzen, müsste der Gate-Widerstand 250 Ohm betragen, was eine Zeitkonstante von 250 ns ergibt.

— Dave Tweed

Die beiden sind funktional wirklich gleich. Beide arbeiten, indem sie die Spannung über R2 auf etwa 0,6 V regeln, was erforderlich ist, um den Basis-Emitter-Übergang von Q1 in Vorwärtsrichtung vorzuspannen. Wenn die Spannung über R2 darüber hinaus ansteigt, beginnt Q1, das Gate / die Basis des anderen Transistors herunterzuziehen. Aber es kann nicht zu viel tun, sonst gibt es keinen Strom in R2 und nichts, was den Basisemitter von Q1 vorwärts vorspannen könnte. Somit erreicht die Schaltung ein Gleichgewicht.

Die Idee ist dann, dass, da die LED und R2 in Reihe geschaltet sind, ihr Strom gleich ist. Wenn Sie 60mA in R2 machen können.

Dies trifft natürlich nur annähernd zu, da R2 und LED nicht genau in Reihe geschaltet sind. In beiden Fällen werden Fehler durch die Basisströme beider Transistoren verursacht. Glücklicherweise sind die aktuellen Gewinne sehr hoch, so dass diese Fehler vernachlässigbar sind. Ich bezweifle, dass es einen praktischen Unterschied zwischen den Schaltkreisen gibt, daher klingt es für mich gut, basierend auf dem, was Sie zur Hand haben, auszuwählen.

$0.6V / 350mA = 1.71\Omega$ $0.6V \cdot 350mA = 0.21W$

— Phil Frost
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Sie haben Recht mit den Widerstandswerten. Ich habe nicht aufgepasst. Mir sind die Widerstandsleistungsberechnungen bekannt

— Martin H