Corrente constante para um LED de 20W

Alguém pode explicar circuitos de "corrente constante"?

1. Quando eles são necessários?
2. O que acontece sem um?
3. Qual é a versão mais simples desse circuito?

Eu comprei alguns LEDs de 20W no ebay com a intenção de fazer uma bicicleta acender. "Simples", pensei, "o LED e a bateria do meu laptop são 11Vdc, então vou conectá-los."

Na verdade, eu ainda não tentei isso, mas um amigo de EE sugeriu que, se eu fizer isso, ficará muito atual e queimará - mas ele não sabia o porquê; ele não faz eletrônica de potência.

A maioria dos circuitos de controle de LED possui apenas um resistor em série para controlar a corrente do LED. Isso é bom se a tensão de alimentação for mais ou menos constante, mas a tensão variar, assim como a corrente e a luminosidade do LED. Se você deseja luminosidade constante, também deseja corrente constante . Isso significa que a resistência em série deve variar com a tensão de alimentação. Este é o circuito mais simples para isso:

Essa é uma fonte de corrente constante dimensionada para 1mA, que é muito pouco para sua aplicação, mas o princípio permanece o mesmo. A tensão do emissor-base do transistor é de 0,6V, portanto, dado que o zener cria uma queda de 5,6V entre e a base do transistor, permanece 5V para o resistor. . $V_+$$\dfrac{5V}{5k\Omega} = 1mA$

Se o seu LED é 20W @ 11V, você precisa de 1,8A de corrente, então vou calcular os outros componentes para esse valor. Substitua o zener por 3 x 1N4148, resultando em uma queda de 0,6V sobre o R1 (três diodos porque usaremos um darlington, que tem 2 x 0,6V entre a base e o emissor). . O transistor TIP125 darlington tem um de 1000, R2 deve ser . Como para o transistor é de 2V e você tem uma queda de tensão adicional acima de R1 de 0,6V, você precisará de uma fonte de alimentação de 14V para garantir que resta o suficiente para o LED! O darlington dissipará$R1 = \dfrac{0.6V}{1.8A} = 0.33\Omega / 1W$
$H_{FE}$$\dfrac{10V}{1.8A / 1000} = 5k\Omega$
$V_{CE(SAT)}$
$2V \times 1.8A = 3.6W$, então você precisará montá-lo em um dissipador de calor.

uma observação sobre as fontes de corrente:
As fontes de corrente são o duplo de fontes de tensão, que são mais comuns; nós os usamos o tempo todo em fontes de alimentação. Essa dualidade significa que certos parâmetros são opostos um ao outro.
Enquanto uma fonte de tensão tenta manter a tensão em sua saída constante, independentemente da carga, uma fonte de corrente mantém a corrente de saída constante, independentemente da carga. Isso significa que, para uma fonte de corrente, a tensão de saída variará, como para uma fonte de tensão, a corrente será variável.
Uma fonte de tensão ideal terá impedância de saída zero, uma fonte de corrente ideal terá impedância de saída infinita. E embora uma fonte de tensão ideal nunca deva sofrer um curto-circuito porque a corrente será infinita, uma fonte de corrente ideal nunca deve ser deixada aberta, porque a tensão que determina a corrente ajustada será infinita.

P = V * I. No seu caso para o LED, P = 20 W, V = 11 V e, portanto, I = 1,82 A.

Para acionar o LED corretamente, você precisará limitar a corrente a 1,82 A. (você também precisará fornecer um dissipador de calor adequado, pois 20 W é muita energia para dissipar e a maior parte será em forma de calor !!! ! .... mas isso é outra questão)

Diodos, usando uma junção PN, têm queda de tensão direta, no seu caso, essa queda é de 11 V. Quando se refere à folha de dados de diodos, eles incluem uma curva VI, que relacionará a quantidade de corrente que flui para uma determinada tensão. Ao examinar essa curva, você notará que a corrente se aproxima do infinito para a queda de tensão fornecida. Se você permitir que isso aconteça, seu diodo simplesmente queimará.

O método mais simples para limitar a corrente é usar um resistor. V = I * R. Para uma determinada queda de tensão, um resistor fixo limitará a corrente a uma quantidade fixa.

Supondo que você tenha uma bateria de 18 V e um LED de 11 V, a diferença será de 7 V no resistor. Isso está consertado. Também fixa é a corrente desejada, de 1,82 A. Reorganizando a equação, obtemos R = V / I => R = 3,8 ohm. Esse resistor precisará ser classificado com um mínimo de 12 W. Esse é um resistor grande que esquentará !!!!

O que traz a segunda questão - calor. Em um total de 32 W para dissipar, você precisará de um dissipador de calor sério.

Provavelmente você pode acabar com o resistor e substituí-lo por um circuito de corrente controlado baseado em transistor e / ou mosfets, mas deixarei isso para outra pessoa responder. O mesmo problema de dissipação de calor ainda pode estar presente, dependendo do projeto do circuito !!!

Sei que você mencionou que tem uma bateria de 11 V e um LED de 11 V. A menos que o LED tenha um circuito limitador de corrente ou a bateria, será difícil acioná-lo na mesma tensão (dependendo da curva VI do diodo) sem um conversor de impulso.

1. Quando você estiver usando um dispositivo de energia não linear, como um LED. Outro exemplo notável são lâmpadas e lasers de descarga de gás.

2. Algo queima ou explode. LED ou fonte de alimentação. Ou ambos :-)

3. Para 20W, a única solução razoável é o circuito DC-DC de corrente constante, mas não é simples. A solução mais simples é o regulador linear com o potente transistor BJT, mas isso dissipará pelo menos 10W de calor. O resistor simples não fornece corrente linear, mas é aceitável em casos de baixa potência (digamos 0,1W).

Se você deseja um driver de LED de corrente constante simples, em All About Circuits , desenvolvemos um .

No entanto, é classificado apenas para 1W. Você provavelmente precisaria atualizar o fet e o driver para executá-lo em 20W, o fet também precisaria de dissipador de calor e provavelmente um indutor maior.

de Anúncios. 1) Sempre que você usar leds de potência e não quiser que eles queimem.

de Anúncios. 2) A chave é a interdependência da corrente de calor. Em resumo, quando os diodos aquecem, sua resistência dinâmica diminui, o que leva a um aumento adicional da corrente. Tipo de reação em cadeia. Portanto, se você não conseguir dissipar todo o calor, seu LED poderá queimar facilmente.

Outra coisa, da perspectiva do usuário final, é que a quantidade de luz emitida pelo LED é proporcional à corrente e a dependência da tensão de corrente é altamente não-linear. Assim, é muito mais difícil controlar com precisão o brilho controlando a tensão.

de Anúncios. 3) A maneira mais simples, porém ineficiente de fazer isso, é conectar um resistor em série que compensará parte da dependência negativa de corrente de calor do LED. Isso ocorre porque, para os resistores, essa dependência é oposta na direção (mas não na forma). Então você realmente não terá corrente constante, mas seu LED estará mais seguro. Para testes básicos, você também pode simplesmente adicionar um fusível para proteger seu LED.