Effizienter Konstantstromregler für 700ma LEDs

Ich baue eine Lampe mit zwölf 3x700ma RGB-LEDs, die einzeln PWM-gesteuert werden müssen (100-200Hz), damit sie von jeder LED unterschiedliche Farben anzeigen können. Dazu benötige ich meiner Meinung nach für jeden der 36 einzelnen LED-Chips in diesen RGB-LEDs einen separaten 700-mA-Konstantstrom-Reglerkreis. (HINWEIS: Ich kann keine dieser LEDs in Reihe schalten, da jeder der 3 Chips in jeder der 12 LEDs unabhängig PWM-steuerbar sein muss.)

Da dies alles in der Lampe eingeschlossen ist, möchte ich, dass es mindestens 80% effizient ist, um die erzeugte Wärmemenge zu reduzieren. Zu diesen LEDs fließen 90 Watt Leistung. Selbst bei einem Wirkungsgrad von 80% bedeutet dies allein aufgrund der Konstantstromregelung noch 20 W Wärme.

Ich habe eine Reihe von Optionen untersucht, aber ich frage mich, welche anderen Optionen ich verpasst habe.

Option 1: Widerstände

Eine Option, die ich mir angesehen habe, ist die Verwendung von 3 einstellbaren DC / DC-Schaltwandlern, einer für jede Farbe des LED-Chips, und deren Einstellung auf knapp über dem höchsten Vfwd der 12 LEDs sowie die Verwendung von Widerständen zur Begrenzung des Stroms.

Vorteile:

• Wenn die V-Versorgung nur durchschnittlich 0,5 V höher ist als die Vfwd der LED, ist dies am Ende etwa 80% effizient.

Nachteile:

• Dies bedeutet, die exakte Vfwd jeder LED zu messen und für jede LED den richtigen Widerstandswert zu kaufen.
• Wenn sich die Vsupply in der Nähe des Vfwd befindet, können kleine Schwankungen der Vsupply große Schwankungen der durch die LED in dieser Art von Schaltung fließenden Strommenge verursachen.
• Ich habe nicht viel Platz in der Lampe, und 36 3-Watt-Widerstände nehmen ziemlich viel Platz ein.

Option 2: NSI50350 - ungeeignet

Datenblatt: http://www.onsemi.com/pub/Collateral/NSI50350AS-D.PDF

Als ich mir diesen Chip zum ersten Mal ansah, dachte ich, dass er genau das ist, was ich brauche. Zwei davon regeln parallel den Strom auf 700 mA. Nachdem ich eine Handvoll davon ausprobiert hatte, stellte sich heraus, dass ich das Datenblatt nicht genau genug gelesen hatte. Wenn ich die Versorgungsspannung nicht auf etwa 8 oder 9 V erhöhe, werden nur weniger als 350 mA (jeweils) durchgelassen. Wenn eine 4,0-Vfwd-LED mit 8 V betrieben wird, wird vom Regler eine obszöne Wärmemenge erzeugt, sodass dies für mein Projekt nicht praktikabel ist.

Ich weiß, dass eine Lösung hierfür darin besteht, mehrere LEDs in Reihe zu schalten. Aus Verpackungsgründen ist in diesem Projekt jedoch nur Platz für 12 LEDs (eine in jedem Loch in einer dieser: http://www.flickr) .com / photos / xenoc / 7501865510 / in / photostream ) und jede dieser 12 LEDs muss einzeln PWM-gesteuert werden.

Vorteile:

• Einfach zu entwerfende und zu bauende Schaltung.

Nachteile:

• Riesige Wärmemenge.

Option 3: CAT4101

Datenblatt: http://www.onsemi.com/pub/Collateral/CAT4101-D.PDF

Ich habe diese noch nicht ausprobiert, aber habe ich eine Handvoll zu versuchen. Nach dem Lesen des Datenblattes sollte es möglich sein, mit einer Versorgungsspannung von nur 0,5 V über der LED Vfwd zu arbeiten.

Vorteile:

• Hoffentlich ein niedriger Ausfall? Sollte nicht zu viel Hitze bedeuten.

Nachteile:

• ?

Option 4: Schaltregler

Ich bin nicht sehr erfahren im elektronischen Design (ich mache das erst seit ein paar Jahren als Hobby), daher weiß ich nicht viel über Schaltregler, außer dass sie effizienter, aber komplizierter sind als Linearregler.

Ich muss 36 von ihnen in einen ziemlich kleinen Bereich passen, ich weiß nicht, wie klein sie gemacht werden können. Ich habe erst vor kurzem damit begonnen, SMT-Teile zu löten, aber ich werde dafür Leiterplatten herstellen lassen, damit ich bei Bedarf auf der Oberfläche montieren kann, um die Dinge klein zu halten.

Können Schaltregler PWM-sicher sein, um LEDs zu dimmen?

Vorteile:

• Effizienter

Nachteile:

• Kompliziertere Schaltung. Ich bin mir nicht sicher, ob ich genug Erfahrung habe, um Probleme damit zu diagnostizieren.

Möglichkeit ??

Welche anderen Optionen habe ich? Alle linearen Lösungen müssen eine niedrige Abfallspannung aufweisen, um zu vermeiden, dass zu viel Wärme erzeugt wird.

Weiterer Hintergrund

Die Grundidee dabei ist eine Lampe, die in meinem Wohnzimmer sitzt und wahrscheinlich die meiste Zeit weiß ist (außer wenn sie ausgeschaltet ist), die aber eine bestimmte LED blinken lassen kann, wenn etwas passiert (wie eine E-Mail oder ein Tweet) oder könnte in den "Party-Modus" versetzt werden, wo eine Audioquelle (Mikrofon oder Line-In) per FFT und zur Steuerung der 12 LEDs verwendet wird. Die eigentliche PWM-Steuerung wird von einer Reihe von AVR-Chips durchgeführt, aber das ist ein ziemlich unabhängiger Teil des Projekts.

Wenn etwas mehr als die Mindestkosten akzeptabel sind, können Sie einen Abwärtswandler pro LED implementieren. Dies könnte eine sehr grobe und niedrige Anzahl von Komponenten sein und kein großer Preis. Jeder Wandler könnte einen Strom einstellen, der proportional zu einer PWM oder einem Analogeingang ist. Wahrscheinlich unter 1 US-Dollar pro Kanal.

Ihre Idee mit 3 x Netzteilen und Widerständen ist akzeptabel, ABER Sie können die Leistung (mit erhöhten Kosten) verbessern, indem Sie 3 x Netzteile plus Konstantstromquellen herstellen. Die Konstantstromquellen unterscheiden sich nicht wesentlich von den obigen Abwärtswandlern, jedoch ohne Induktivität.

Beispiel. Stellen Sie sich vor, Ihre niedrigste Vf-LED (wahrscheinlich rot) hat einen Vf-Bereich von 2,0 bis 2,5 V.
Sie benötigen mindestens 2,5 V Versorgung plus Kopffreiheit. Sagen
wir 2,7 V. Die minimale Effizienz ist, wenn Vf = 2V = 2 / 2,7 = 74%, ABER dies ist der schlimmste Fall Vf und in vielen Fällen ist der Vf-Bereich niedriger.
Beispiel: VF = 2,2 - 2,4. Vsupply = 2.6. Zmin = 2,2 / 2,6 = 85%. Erhöhen Sie die Versorgung auf 2,8 V für mehr Headroom. Zmin = 2,2 / 2,8 = 78%
Auch dies ist der schlimmste Fall, also akzeptabel.

Ein Abwärtswandler verbessert das oben Gesagte.

Eine Lösung von zig Millionen. Rsc nicht benötigt. Anstatt die Ausgangsspannung zu erfassen, wird der LED-Strom erfasst. Dieses C hatte Vref = 1,25 V = viel zu hoch. Mit einer Diode kann sie effektiv auf 0,6 V reduziert werden, ist aber immer noch zu hoch. Moderne ICs haben eine niedrigere Vref ODER es kann ein 1/4 IC-Abschnitt pro Kanal verwendet werden. PWM pro Kanal wird dann zu 1 x SOIC MC34063 + 1/4 LM324 + einigen Widerständen und einer Catch-Diode pro Kanal. Kann billiger sein als modernere IC.

Diese Schaltung von sound.westhost.com ist möglicherweise geeignet.
Ich bin unabhängig zu einer ähnlichen Version gekommen - funktioniert einigermaßen gut. Dies ist eine Spannungsrückkopplung. Kann aktuelles Feedback gegeben werden. Vsense hier = Vbe von Q1. Dies kann mit Vorsicht reduziert werden.

Bei diesen Leistungsstufen müssen Sie wahrscheinlich eine Art Umschaltung durchführen, um ein angemessenes thermisches Design zu erhalten. Aus Ihrer Frage geht nicht hervor, ob Sie jede der 12 LEDs einzeln oder nur die RG- und B-Komponenten steuern müssen. Wenn Sie nur jede Farbe einzeln steuern müssen, können Sie sie mit einem Aufwärtswandler in Reihe schalten und einen Strom durch sie leiten, selbst wenn Ihre Versorgungsspannung unter der gesamten Durchlassspannung der LEDs liegt. Sie benötigen drei Verbrauchsmaterialien, eine für jede Farbe.

Wenn Sie jede der 12 LEDs einzeln steuern müssen, ist die Herstellung von 12 Schaltnetzteilen wahrscheinlich nicht die kostengünstigste oder platzsparendste Lösung. Sie können die LEDs jedoch weiterhin einzeln PWM. Wenn Sie Ihre Versorgungsspannung so wählen können, dass sie nahe an der Durchlassspannung der LEDs liegt, können Sie einen sehr kleinen Strombegrenzungswiderstand verwenden, der viel kleiner ist als normalerweise. Manchmal ist der Widerstand von LED, MOSFET und Batterie ausreichend.

Sie können die LEDs dann dimmen, indem Sie die volle Versorgungsspannung über PWM umschalten, solange Sie den maximalen Strom der LED nicht mit jedem Impuls überschreiten. Während normalerweise ein kleiner Widerstand keine ausreichende Stromregelung bietet, können Sie einige aktive Schaltkreise einschließen, um den durchschnittlichen Strom so zu begrenzen, dass er innerhalb der thermischen Grenzen der LED bleibt, und um thermische und Herstellungsschwankungen auszugleichen, solange Ihr Widerstand so dimensioniert ist, dass er begrenzt wird der Spitzenstrom innerhalb der Spezifikationen.

Das Entwerfen eines Schaltnetzteils ist ziemlich kompliziert, daher würde ich vorschlagen, dass Sie weitere Nachforschungen anstellen und mit spezifischen Fragen zurückkommen, wenn Sie auf Straßensperren stoßen, wenn Sie diesen Weg einschlagen.