Konstantstrom für eine 20W LED

Kann jemand "Konstantstrom" -Schaltungen erklären?

1. Wann sind sie notwendig?
2. Was passiert ohne einen?
3. Was ist die einfachste Version einer solchen Schaltung?

Ich habe bei ebay 20W LED gekauft, um ein Fahrrad zum Leuchten zu bringen. "Einfach", dachte ich, "die LED und mein Laptop-Akku sind beide 11 VDC, also werde ich sie einfach anschließen."

Ich habe das nicht wirklich versucht, aber ein EE-Freund schlug vor, dass wenn ich das tue, es zu viel Strom zieht und ausbrennt - aber er wusste nicht warum; Er macht keine Leistungselektronik.

Die meisten LED-Steuerkreise haben nur einen Vorwiderstand zur Steuerung des LED-Stroms. Dies ist in Ordnung, wenn die Versorgungsspannung mehr oder weniger konstant ist, die Spannung jedoch variiert, ebenso wie der LED-Strom und die Leuchtkraft. Wenn Sie eine konstante Leuchtkraft wünschen, möchten Sie auch einen konstanten Strom . Dies bedeutet, dass der Serienwiderstand mit der Versorgungsspannung variieren muss. Hier geht es um die einfachste Schaltung dafür:

Dies ist eine Konstantstromquelle mit einer Dimension von 1 mA, was für Ihre Anwendung zu wenig ist, aber das Prinzip bleibt dasselbe. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors beträgt 0,6 V, so dass, da der Zener einen Abfall von 5,6 zwischen und der Basis des Transistors erzeugt, 5 V für den Widerstand verbleiben. . $V_+$$\dfrac{5V}{5k\Omega} = 1mA$

Wenn Ihre LED 20 W bei 11 V hat, benötigen Sie 1,8 A Strom, daher berechne ich die anderen Komponenten für diesen Wert. Ersetzen Sie den Zener durch 3 x 1N4148, dies ergibt einen Abfall von 0,6 V über R1 (drei Dioden, da wir einen Darlington verwenden, der zwischen Basis und Emitter 2 x 0,6 V hat). . Der TIP125-Darlington- Transistor hat ein von 1000, R2 sollte . Da für den Transistor 2 V beträgt und Sie einen zusätzlichen Spannungsabfall über R1 von 0,6 V haben, benötigen Sie eine 14-V-Stromversorgung, um sicherzustellen, dass genug für die LED übrig ist! Der Darlington wird$R1 = \dfrac{0.6V}{1.8A} = 0.33\Omega / 1W$
$H_{FE}$$\dfrac{10V}{1.8A / 1000} = 5k\Omega$
$V_{CE(SAT)}$
$2V \times 1.8A = 3.6W$Sie müssen es also auf einem Kühlkörper montieren.

ein Hinweis zu Stromquellen:
Stromquellen sind das Doppel von Spannungsquellen, die häufiger vorkommen; Wir verwenden sie ständig in Netzteilen. Diese Dualität bedeutet, dass bestimmte Parameter die Gegensätze des anderen sind.
Während eine Spannungsquelle versucht, die Spannung unabhängig von der Last an ihrem Ausgang konstant zu halten, hält eine Stromquelle den Ausgangsstrom unabhängig von der Last konstant. Das bedeutet, dass für eine Stromquelle die Ausgangsspannung variiert, wie für eine Spannungsquelle der Strom variabel ist.
Eine ideale Spannungsquelle hat eine Ausgangsimpedanz von Null, eine ideale Stromquelle hat eine unendliche Ausgangsimpedanz. Und während eine ideale Spannungsquelle niemals kurzgeschlossen werden sollte, weil der Strom unendlich wird, sollte eine ideale Stromquelle niemals offen bleiben, da die Spannung, die den eingestellten Strom bestimmt, unendlich wird.

P = V * I. In Ihrem Fall für die LED ist P = 20 W, V = 11 V und daher I = 1,82 A.

Um die LED richtig anzusteuern, müssen Sie den Strom auf 1,82 A begrenzen (Sie müssen auch für eine ausreichende Wärmeableitung sorgen, da 20 W viel Verlustleistung sind und das meiste davon in Form von Wärme vorliegt !!! ! .... aber das ist eine andere Sache)

Dioden, die einen PN-Übergang verwenden, haben einen Durchlassspannungsabfall. In Ihrem Fall beträgt dieser Abfall 11 V. Wenn Sie sich auf das Diodendatenblatt beziehen, enthalten sie eine VI-Kurve, die angibt, wie viel Strom für eine bestimmte Spannung fließt. Wenn Sie diese Kurve untersuchen, werden Sie feststellen, dass der Strom für den gegebenen Spannungsabfall gegen unendlich geht. Wenn Sie dies zulassen, brennt Ihre Diode einfach aus.

Die einfachste Methode zur Begrenzung des Stroms ist die Verwendung eines Widerstands. V = I * R. Für einen gegebenen Spannungsabfall begrenzt ein fester Widerstand den Strom auf einen festen Betrag.

Angenommen, Sie haben eine 18-V-Batterie und eine 11-V-LED. Die Differenz von 7 V muss über den Widerstand fallen. Dies ist behoben. Ebenfalls fest ist der gewünschte Strom von 1,82 A. Wenn Sie die Gleichung neu ordnen, erhalten Sie R = V / I => R = 3,8 Ohm. Dieser Widerstand muss auf mindestens 12 W ausgelegt sein. Das ist ein großer Widerstand, der heiß wird !!!!

Das bringt das zweite Problem auf - Hitze. Bei einer Gesamtleistung von 32 W benötigen Sie einen ernsthaften Kühlkörper.

Sie können den Widerstand wahrscheinlich abschaffen und durch einen gesteuerten Stromkreis ersetzen, der auf Transistoren und / oder Mosfets basiert, aber das überlasse ich jemand anderem, um zu antworten. Je nach Schaltungsdesign kann immer noch das gleiche Problem der Wärmeableitung auftreten !!!

Ich weiß, dass Sie erwähnt haben, dass Sie eine 11-V-Batterie und eine 11-V-LED haben. Wenn die LED keine eingebaute Strombegrenzungsschaltung oder die Batterie hat, ist es schwierig, sie ohne Aufwärtswandler mit derselben Spannung (abhängig von der VI-Kurve der Diode) zu betreiben.

1. Wenn Sie ein nichtlineares Stromversorgungsgerät wie eine LED verwenden. Andere bemerkenswerte Beispiele sind Gasentladungslampen und Laser.

2. Etwas brennt oder explodiert. LED oder Netzteil. Oder beides :-)

3. Für 20 W ist die einzig sinnvolle Lösung ein Gleichstrom-Gleichstromkreis mit konstantem Strom, der jedoch nicht einfach ist. Die einfachste Lösung ist ein Linearregler mit einem leistungsstarken BJT-Transistor, der jedoch mindestens 10 W Wärme abführt. Ein einfacher Widerstand liefert keinen linearen Strom, ist jedoch in Fällen mit geringer Leistung akzeptabel (z. B. für 0,1 W).

Wenn Sie einen einfachen Konstantstrom-LED-Treiber wünschen, haben wir für All About Circuits einen entwickelt .

Es ist jedoch nur für 1W ausgelegt. Sie müssten wahrscheinlich den Fet und den Treiber aktualisieren, damit er mit 20 W läuft. Der Fet würde auch einen Kühlkörper benötigen und Sie würden wahrscheinlich einen größeren Induktor benötigen.

Anzeige. 1) Wann immer Sie Power-LEDs verwenden und nicht möchten, dass diese brennen.

Anzeige. 2) Der Schlüssel ist die Wärmestrom-Interdependenz. Kurz gesagt, wenn sich Dioden erwärmen, nimmt ihr dynamischer Widerstand ab, was zu einer weiteren Erhöhung des Stroms führt. Eine Art Kettenreaktion. Wenn Sie also nicht die gesamte Wärme abführen, kann Ihre LED leicht brennen.

Eine andere Sache aus Sicht des Endbenutzers ist, dass die von der LED emittierte Lichtmenge proportional zum Strom ist und die Strom-Spannungs-Abhängigkeit stark nichtlinear ist. Daher ist es viel schwieriger, die Helligkeit durch Steuern der Spannung genau zu steuern.

Anzeige. 3) Der einfachste, wenn auch ineffiziente Weg, dies zu tun, besteht darin, einen Vorwiderstand anzuschließen, der einen Teil der negativen Wärmestromabhängigkeit der LED kompensiert . Dies liegt daran, dass bei Widerständen diese Abhängigkeit in der Richtung entgegengesetzt ist (jedoch nicht in der Form). Sie haben also keinen konstanten Strom, aber Ihre LED ist sicherer. Für grundlegende Tests können Sie auch einfach eine Sicherung hinzufügen, um Ihre LED zu schützen.