Arus Konstan untuk LED 20W

Dapatkah seseorang menjelaskan sirkuit "arus konstan"?

1. Kapan itu perlu?
2. Apa yang terjadi tanpa itu?
3. Apa versi paling sederhana dari sirkuit semacam itu?

Saya membeli beberapa LED 20W dari ebay yang bermaksud membuat lampu sepeda. "Sederhana," pikirku, "LED dan baterai laptopku sama-sama 11Vdc, jadi aku akan menghubungkannya."

Saya belum benar-benar mencoba ini, tetapi seorang teman EE menyarankan bahwa jika saya melakukannya, itu akan menarik terlalu banyak saat ini dan terbakar - tetapi dia tidak tahu mengapa; dia tidak melakukan elektronika daya.

Kebanyakan rangkaian kontrol LED hanya memiliki resistor seri untuk mengontrol arus LED. Ini OK jika tegangan suplai lebih atau kurang konstan, tetapi tegangan bervariasi sehingga arus LED dan luminositas. Jika Anda ingin luminositas konstan, Anda juga ingin arus konstan . Ini berarti bahwa tahanan seri harus bervariasi dengan tegangan suplai. Ini tentang sirkuit paling sederhana untuk itu:

Ini adalah sumber arus konstan berdimensi 1mA, yang terlalu sedikit untuk aplikasi Anda, tetapi prinsipnya tetap sama. Tegangan basis-emitor dari transistor adalah 0,6 V, sehingga mengingat bahwa zener membuat penurunan 5,6V antara dan basis transistor tetap ada 5V untuk resistor. . $V_+$$\dfrac{5V}{5k\Omega} = 1mA$

Jika LED Anda 20W @ 11V maka Anda memerlukan arus 1,8A, jadi saya akan menghitung komponen lain untuk nilai ini. Ganti zener dengan 3 x 1N4148, ini memberi Anda penurunan 0,6V di atas R1 (tiga dioda karena kita akan menggunakan darlington, yang memiliki 2 x 0,6V antara basis dan emitor). . The TIP125 Darlington transistor memiliki 1000, R2 harus . Karena untuk transistor adalah 2V, dan Anda memiliki penurunan tegangan tambahan lebih dari R1 dari 0,6V, Anda akan memerlukan catu daya 14V untuk memastikan bahwa masih ada cukup untuk LED! Darlington akan menghilang$R1 = \dfrac{0.6V}{1.8A} = 0.33\Omega / 1W$
$H_{FE}$$\dfrac{10V}{1.8A / 1000} = 5k\Omega$
$V_{CE(SAT)}$
$2V \times 1.8A = 3.6W$, jadi Anda harus memasangnya di pendingin.

catatan tentang sumber arus: Sumber
arus adalah dua sumber tegangan, yang lebih umum; kami menggunakannya setiap saat dalam pasokan listrik. Dualitas ini berarti bahwa parameter-parameter tertentu saling bertentangan.
Sedangkan sumber tegangan akan mencoba untuk menjaga tegangan pada output konstan, terlepas dari beban, sumber arus akan menjaga output konstan saat ini terlepas dari beban. Itu berarti untuk sumber arus tegangan keluaran akan bervariasi, seperti untuk sumber tegangan arus akan bervariasi.
Sumber tegangan ideal akan memiliki impedansi keluaran nol, sumber arus ideal akan memiliki impedansi keluaran tanpa batas. Dan sementara sumber tegangan ideal tidak boleh dihubung pendek karena arus akan menjadi tak terbatas, sumber arus ideal tidak boleh dibiarkan terbuka, karena tegangan yang menentukan arus yang disetel akan menjadi tak terbatas.

P = V * I. Dalam kasus Anda untuk LED, P = 20 W, V = 11 V dan karenanya I = 1,82 A.

Untuk menggerakkan LED dengan benar, Anda perlu membatasi arus menjadi 1,82 A. (Anda juga perlu menyediakan pendingin yang memadai karena 20 W adalah banyak daya untuk dihilangkan dan sebagian besar akan berbentuk panas !!! ! .... tapi itu masalah lain)

Dioda, menggunakan persimpangan PN memiliki penurunan tegangan maju, dalam kasus Anda bahwa penurunan adalah 11 V. Ketika mengacu pada lembar data dioda mereka akan menyertakan kurva VI, ini akan menghubungkan berapa banyak arus mengalir untuk tegangan yang diberikan. Ketika Anda memeriksa kurva ini, Anda akan melihat bahwa arus mengarah ke infinite untuk penurunan tegangan yang diberikan. Jika Anda membiarkan ini terjadi, dioda Anda hanya akan terbakar.

Metode paling sederhana untuk membatasi arus adalah dengan menggunakan resistor. V = I * R. Untuk penurunan tegangan yang diberikan, resistor tetap akan membatasi arus ke jumlah yang tetap.

Dengan asumsi Anda memiliki baterai 18 V dan LED 11 V, bedanya, 7 V perlu dijatuhkan di resistor. Ini sudah diperbaiki. Juga diperbaiki adalah arus yang diinginkan, dari 1,82 A. Menyusun ulang persamaan yang Anda dapatkan R = V / I => R = 3,8 ohm. Resistor ini harus diberi nilai minimum 12 W. Itu adalah resistor besar yang akan menjadi panas !!!!

Yang memunculkan masalah kedua - panas. Dengan total 32 W untuk dihilangkan, Anda akan memerlukan beberapa heatsink yang serius.

Anda mungkin dapat menghapus resistor dan menggantinya dengan rangkaian arus terkontrol berbasis pada transistor dan atau MOSFET tapi saya akan menyerahkannya kepada orang lain untuk menjawab. Masalah disipasi panas yang sama mungkin masih ada tergantung pada desain sirkuit !!!

Saya tahu Anda menyebutkan bahwa Anda memiliki baterai 11 V dan LED 11 V. Kecuali jika LED telah dibangun di sirkuit pembatas arus, atau baterai memiliki, akan sulit untuk mengendarainya pada tegangan yang sama (tergantung pada kurva VI dioda) tanpa konverter penambah.

1. Saat Anda menggunakan perangkat daya non-linear, seperti LED. Contoh penting lainnya adalah lampu & laser pelepasan gas.

2. Sesuatu terbakar atau meledak. LED atau catu daya. Atau keduanya :-)

3. Untuk 20W, satu-satunya solusi yang masuk akal adalah rangkaian DC-DC arus konstan, tetapi tidak sederhana. Solusi paling sederhana adalah pengatur linier dengan transistor BJT yang kuat, tetapi ini akan menghilangkan setidaknya 10W panas. Resistor sederhana tidak akan memberi Anda arus linier, tetapi dapat diterima dalam kasus daya rendah (misalkan 0,1W).

Jika Anda menginginkan driver LED konstan konstan saat ini, di All About Circuits kami telah merancang satu .

Namun, itu hanya dinilai 1W. Anda mungkin perlu memutakhirkan fet dan driver untuk menjalankannya pada 20W, fet juga membutuhkan heatsink dan Anda mungkin memerlukan induktor yang lebih besar.

iklan. 1) Setiap kali Anda menggunakan led daya dan tidak ingin mereka menyala.

iklan. 2) Kuncinya adalah saling ketergantungan arus panas. Singkatnya, ketika dioda memanas, resistensi dinamiknya menurun, yang mengarah pada peningkatan arus lebih lanjut. Semacam reaksi berantai. Jadi, jika Anda gagal menghilangkan semua panas, LED Anda dapat dengan mudah terbakar.

Hal lain, dari perspektif pengguna akhir, adalah bahwa jumlah cahaya yang dipancarkan oleh LED sebanding dengan arus dan ketergantungan tegangan arus sangat tidak linier. Dengan demikian, jauh lebih sulit untuk mengontrol kecerahan secara tepat dengan mengendalikan voltase.

iklan. 3) Cara paling sederhana, meskipun tidak efisien untuk melakukannya adalah dengan menghubungkan resistor seri yang akan mengkompensasi beberapa ketergantungan arus panas negatif dari LED. Itu karena untuk resistor, ketergantungan itu berlawanan arah (tetapi tidak dalam bentuk). Jadi Anda tidak akan benar-benar memiliki arus konstan, tetapi LED Anda akan lebih aman. Untuk tes dasar, Anda juga bisa menambahkan sekering pada itu untuk melindungi LED Anda.