4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Lysdioder, Optiska sensorer, Fiberoptik, Displayer, Lasrar, Optiska kopplare
LordofSwe
Inlägg: 34
Blev medlem: 29 september 2012, 13:12:49

4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av LordofSwe »

Hej, jag behöver lite hjälp med ett projekt jag arbetar med.

Jag försöker att konstruera en RGBW LED driver för 1st 10w RGBW LED.
Styrningen kommer att ske över ett ATtiny4213 uC och flera av dessa enheter kommer att samstyras via I2C-protokoll.

Bild



Bild
LED_OUT kopplas till LED'n som är sammankopplad till en gemensam anod RGBW LED.


Jag håller på med lite experiment just nu och har allt kopplat samman enligt kopplingsschemat i ett kopplingsdeck (om det är så de nu heter på svenska). Dock verkar jag ha lite problem med värmeutveckling i motstånden för LED'n.

Jag använer 0.6W 1% 11-14ohm's resistorer. värderna har jag fått fram från denna LED kalkylator. Min stora fundering just nu är om jag fått någon kortslutning i LED'n eller om jag har fel motstånden?

Komponentlista: (med länk till datablad för de som fins online)
LED: 10w RGBW LED (2-3v 700mA)
uC: ATtiny4313
NPN: MPSA13 TO-92 NPN Darlington 30V 1.2A

Tacksam för alla konstruktiva kommentarer.
Senast redigerad av blueint 12 mars 2013, 14:33:48, redigerad totalt 1 gång.
Anledning: var: 4ch LED driver 10w
Borre
Inlägg: 4605
Blev medlem: 14 juni 2007, 15:43:50
Ort: Hälsingland

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av Borre »

Kalkylatorn du använt rekommenderar ett motstånd med en effekt på drygt 7W, du använder ett med 0.6W, klart motstånden blir varma. Du bränner med andra ord alldeles för hög effekt i motståndet med så hög drivspänning som 12V.
Sänk spänningen in till lysdioderna så minskar förlusterna mycket, mer än 5V behövs inte, men redan där är förlusterna höga.
Användarvisningsbild
Andax
Inlägg: 4379
Blev medlem: 4 juli 2005, 23:27:38
Ort: Jönköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av Andax »

Det kniviga är att du behöver gå ner i spänning för att minska förlusterna i resistorn, men samtidigt blir det mycket känsligare till komponentvärden etc. T.ex. ändrar sig säkert framspänningsfallet i dioderna som funktion av temperatur. Då kommer spänningen över resistorn att ändras och har man då låga värden på R så ändras strömmen relativt mycket.

Normalt vill man använda någon typ av switchad drivning. Dock är det mer komplicerat.

En annan notering var att du bör ha med jord ut på din ANALOG_I/O kontakt eftersom du behöver ha en gemensam jord som den analoga signalen relateras till.
LordofSwe
Inlägg: 34
Blev medlem: 29 september 2012, 13:12:49

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av LordofSwe »

Tack för kommentarerna....

Analog_I/O kommer att ändras till 2st 3pols kontakter en för var kanal med GND, V-in och V-out.

Jag kommer även ändra till 5v drivspänning. Men kommer då in på nästa problem. Vid 5v verkar det inte vara sådan himla stor påfrestning på motstånden men värmeutvecklingen från "5v transistorn" (7805ACV 5v 1.5A) blir då istället påtaglig redan vid drivande av 1 kanal (röd vid det snabba test som jag precis utförde).

Rent matematiskt har jag en del att lära men som jag tänker mig så räcker inte effekten från 5v transistorn till för att driva LED'en.
Effekt användningen blir: 2.2x0,7 + 3,35x0,7 + 2x(3.3x0.7)w = 1,54 + 2,345 + 4,62w= 8,505w + effekten för att driva uC m.m
Effekten från 7805ACV= 5*1,5w=7,5w
Totalt: -1,005w (behövs ytterligare 0.2A vid 5v)

Det går ju att byta ut den mot en 2A version men som min 1A version (vid närmare titt) börjar bli varm redan när jag drar 1.54w hur varm blir inte 2A versionen vid 9w?

Hur blir switchad volt regulering svårare? vad skiljer dem åt?

Återigen väldigt tacksam för all hjälp som jag är riktig newbie när det kommer till detta.
superx
Inlägg: 1127
Blev medlem: 19 juni 2012, 23:28:16
Ort: Linköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av superx »

Hm, jag fattar inte din uträkning. Och 5V-transistorn, är det verkligen en transistor? På namnet låter det som en 5V-regulator. Hur har du kopplat in den?

Switchad reglering är svårare, men inte supersvårt, och kräver lite fler komponenter. När man switchar så slås strömmen till lysdioden på och av väldigt ofta -- kanske några hundra tusen gånger i sekunden. Transistorn som switchar är alltså antingen fullt på, eller helt av, och då blir effektförlusten i den liten. För att jämna ut spänningen över lysdioden används en spole och lite kondensatorer.

Det finns massor med kretsar för att åstadkomma detta, och i databladen finns alltid exempel på hur man kopplar. Men det är svårare att felsöka, och svårare att välja/hitta lämplig spole etc.

Jag byggde nyligen ett kort för två kanaler LED-drivning med en AVR på. Blir ju lite krångligare, men det kortet har stöd för Midi, USB och DMX, och man kan stacka två kort (och enbart montera AVR:en på det ena) för att få 4 kanaler.

Hur kyler du LedEngin-dioden förresten?
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
LordofSwe
Inlägg: 34
Blev medlem: 29 september 2012, 13:12:49

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av LordofSwe »

Jag är nybörjare när det kommer till elektronik så jag har inte terminologin helt korrekt. Du har helt rätt att det är en 5v-regulator jag menar. Jag har kopplat in den enligt koplingsschemat. (Pin1:12v in, Pin2: GND, Pin3:5v out). Beräkningen är för alla 4-kanaler d.v.s för den röda, gröna, blåa och vita dioden, för att räkna ut effektbehovet för att driva dioden.
Switchad reglering är svårare, men inte supersvårt, och kräver lite fler komponenter. När man switchar så slås strömmen till lysdioden på och av väldigt ofta -- kanske några hundra tusen gånger i sekunden. Transistorn som switchar är alltså antingen fullt på, eller helt av, och då blir effektförlusten i den liten. För att jämna ut spänningen över lysdioden används en spole och lite kondensatorer.
Liknande PWM? låter som många fler komponenter är alla komponenter för varje kanal?
Hur kyler du LedEngin-dioden förresten?
Jag har nog inte kommit riktigt så långt i projektet än. Dioden är inkapslad i en IKEA armatur som består av ett aluminiumhus dioden är monterad på en Aluminiumplatta med sprön som pekar ut mot aluminiumet chassiet. Jag är inte riktigt säker på att detta kommer att räcka men just nu kommer jag inte så långt att jag lyckas driva hela dioden. Jag försöker lösa ett problem i sänder :)

Enkelt sagt så hadde jag noll koll på något rörande elektronik innan jag började med detta projekt, tack gode gud för internett. Efftersom jag i ett "tidigare liv" jobbade som ljussättare så vill jag ha kvar möjligheten av färgsättning och kvalitativ belysning även i mitt hem. Och jag tyckte då av någon anledning att detta var ett bra ställer att börja på. (gissa om jag misstog mig)

Snyggt kort, Är det för serie produktion? (eller kan man få tag på sånna kort till bra pris för testproduktion?) kör själv på toner metoden som gäller. Jag hade själv fundering på DMX drivning med blev I2C istället som det har större möjlighet för mer komplex information att skickas.
LordofSwe
Inlägg: 34
Blev medlem: 29 september 2012, 13:12:49

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av LordofSwe »

Har sett att det ska kopplas in 2st kapacitatorer till regulatorn. De finns inte med i denna ritning som jag förstått att de ffa hjälper till att få en jämnare strömkurva. och inget jag tänkte på så mycket just nu (jag kanske har fel) Kapacitatorerna ligger dock inne för beställning och kommer att läggas till om det nu inte är så att jag måste byta till någon annat sätt att få 5v (ex switchat).
superx
Inlägg: 1127
Blev medlem: 19 juni 2012, 23:28:16
Ort: Linköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av superx »

LordofSwe skrev:Jag är nybörjare när det kommer till elektronik så jag har inte terminologin helt korrekt. Du har helt rätt att det är en 5v-regulator jag menar. Jag har kopplat in den enligt koplingsschemat. (Pin1:12v in, Pin2: GND, Pin3:5v out). Beräkningen är för alla 4-kanaler d.v.s för den röda, gröna, blåa och vita dioden, för att räkna ut effektbehovet för att driva dioden.
Ok, låter rätt med regulatorn. Men effektbehovet är inte samma sak som förlusteffekten i regulatorn -- snarare tvärt om! Räkna så här:

Varje kanal drar 0,7A -> totalt 4*0,7 = 2,8A
Spänningsfall över regulatorn: 12V-5V=7V
Effektförlust i regulator: 7V*2,8A = 19,6W (aj! kört)

Jag tror aldrig du kommer att kunna köra den dioden med 10W på 12V in om du inte använder någon switchad lösning.
Liknande PWM? låter som många fler komponenter är alla komponenter för varje kanal?
Ja, PWM men med återkoppling och lågpassfiltrering. Det behövs en spole och en konding per kanal, samt antagligen ett motstånd för strömmätningen. Man brukar också använda en frihjulsdiod per kanal för att öka effektiviteten. Det finns även kretsar som kombinerar en switchregulator samt ett antal linjärregulatorer. Switchdelen skapar en gemensam spänning med lite lagom marginal för alla dioderna, och sedan regleras den sista biten med linjärregulatorerna.
Jag har nog inte kommit riktigt så långt i projektet än. Dioden är inkapslad i en IKEA armatur som består av ett aluminiumhus dioden är monterad på en Aluminiumplatta med sprön som pekar ut mot aluminiumet chassiet. Jag är inte riktigt säker på att detta kommer att räcka men just nu kommer jag inte så långt att jag lyckas driva hela dioden. Jag försöker lösa ett problem i sänder :)
Jag förstår! Tänkte bara varna lite, för den dioden lär inte må så bra om du kör den på 10W utan kylning. Handlar nog om sekunder innan den blir farligt varm, och de kostar ju några kronor.
Snyggt kort, Är det för serie produktion? (eller kan man få tag på sånna kort till bra pris för testproduktion?) kör själv på toner metoden som gäller. Jag hade själv fundering på DMX drivning med blev I2C istället som det har större möjlighet för mer komplex information att skickas.
Hobby-bruk. DMX-delen har jag inte haft behov av än, så den är inte implementerad i mjukvaran (eller testad). Jag kan skicka ett kort om du vill, men det är rätt otestat och inget nybörjar-projekt att löda. MLF32/QFN32-kapseln är rätt liten:
Bild
LordofSwe
Inlägg: 34
Blev medlem: 29 september 2012, 13:12:49

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av LordofSwe »

Tack för erbjudandet superx, men jag tror nog att jag dels inte har sådan stor nytta av kortet samt som du så fint påpekade att det med största sannolikhet övergår min förmåga när det gäller lödteknik. Varför jag frågade var väll främst som jag sett någon firma i USA där man kan beställa 10st kretskort till en låg summa pengar, men olyckligtvis är frakten dyrare än själva kretskorten och jag har inte hittat något liknande i Sverige. Men det kan ju bero på brist av intresse från min sida som jag först måste ha en krets som fungerar.

Intressant sätt att räkna på effektförlusten istället för effektanvändningen. Jag har aldrig tänkt på det sättet. STORT TACK!
Det gör att jag nu har två val:
1. Göra om hela systemet till ett 5v system (innebär en till ledning och en till ac-dc adapter) Tanken är att I2C kommunikation och strömskall ges via en seriekopplad lina till alla diodrarna (10-12st) när allt är klart.
2. ändra till en switchad lösning.

Den switchade lösningen låter helt klart som den sexigaste lösningen. Men blir det allt för mycket komponenter är jag rädd att de inte får plats i "lamp huset". Maxmått för kretskortet i lamphuset är 90x35x15mm (bxhxd). Dock fins det ju mellan alternativ som ex. extern drivning m.m så jag känner mig inte super låst av storleksbegränsningen i lamphuset. Dock vet jag inte riktigt om jag helt hänger med och vore väldigt tacksam om du(eller någon annan) har möjlighet att förklara lite mer ingående på det jag missat. Vad jag förstått av den exempel ritning jag hittat för LM2576 (switchad 5v 3A) så krävs det dessutom en drossel på 100uH samt 2st kondensatorer på 0.1uF och 1.0uF och en diod vilket inte känns som allt för mycket (bortsätt från kostnadsökningen/kretskort).

Vad gäller värmen så är det heltklart ett stortfrågetecken som orroar mig en hel del. Kanske inte så himla mycket för 10w varianten men jag har sedan några 40w varianter som skall drivas på ett liknande sätt där jag med nuvarande kylning kan köra 2dioder 100% i ca 15min innan den börjar bli varm så där har jag en hel del att jobba med. Men där fins det även väldigt gott om utrymme å andra sidan.
ie
EF Sponsor
Inlägg: 1371
Blev medlem: 23 oktober 2006, 13:12:57
Ort: Tyresö

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av ie »

Jag köpte nyligen 10 st switchregulatormoduler billigt från Kina. Jag tror det är billigare än att bygga själv. Har set olika på nätet.
superx
Inlägg: 1127
Blev medlem: 19 juni 2012, 23:28:16
Ort: Linköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av superx »

LordofSwe skrev:Den switchade lösningen låter helt klart som den sexigaste lösningen. Men blir det allt för mycket komponenter är jag rädd att de inte får plats i "lamp huset". Maxmått för kretskortet i lamphuset är 90x35x15mm (bxhxd). Dock fins det ju mellan alternativ som ex. extern drivning m.m så jag känner mig inte super låst av storleksbegränsningen i lamphuset. Dock vet jag inte riktigt om jag helt hänger med och vore väldigt tacksam om du(eller någon annan) har möjlighet att förklara lite mer ingående på det jag missat. Vad jag förstått av den exempel ritning jag hittat för LM2576 (switchad 5v 3A) så krävs det dessutom en drossel på 100uH samt 2st kondensatorer på 0.1uF och 1.0uF och en diod vilket inte känns som allt för mycket (bortsätt från kostnadsökningen/kretskort)
Då har du massor av plats! Det är bara att välja små komponenter så går det säkert. Sedan återstår ju problemet att de ska lödas dit också.

Regulatorn du länkar till är inte lämplig tror jag. I de här sammanhangen använder man alltså en regulator på LED (eller per färg i det här fallet) som switchar spänningen på och av, och sedan mäter vilken STRÖM det flyter genom dioden. Strömmen mäts via ett motstånd på 0,1Ohm eller liknande som kopplas i serie med dioden.

Regulatorn du länkade till är gjord för att reglera en spänning (skillnaden är iof väldigt liten mot ström-varianten, och handlar ibland mest om hur det presenteras i databladen gissar jag). Man skulle kunna använda en sådan för att sänka den inkommande spänningen till något värde som ligger strax över framspänningsfallet för den färg som kräver högst spänning, och sedan använa motstånd eller mindre linjärregulatorer för att fin-reglera strömmen genom dioderna. Det är viktigt att inse att det är strömmen som behöver regleras när det gäller lysdioder, och så får spänningen bli vad den råkar bli.
superx
Inlägg: 1127
Blev medlem: 19 juni 2012, 23:28:16
Ort: Linköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av superx »

Jag tror en krets liknande AMC7140 skulle vara bra för dig:
http://mkpochtoi.narod.ru/AMC7140_700_m ... wer_ds.pdf

Funkar med gemensam anod, och klarar 700mA. Kräver nästan inga externa komponenter. Går att PWM-styra direkt från AVR:en.

Det som begränsar är temperaturen, så det gäller att inspänningen inte är för hög. Om du vill kan du koppla ihop den med en färdig DC/DC-omvandlare så du får 4V in eller liknande. T.ex: något liknande den här:
http://www.ebay.com/itm/Hot-Sale-10PCS- ... 19d781ab11

Då klarar du dig med en DC/DC-omvandlare per 4 kanaler, och minimalt med extra komponenter. OBS, jag har inte räknat på om grejerna jag länkade till faktiskt pallar effekten det handlar om, utan det var mer tänkt som exempel.
LordofSwe
Inlägg: 34
Blev medlem: 29 september 2012, 13:12:49

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av LordofSwe »

Suck jag hatar detta, Precis när man känner att man kommit in rätt så visar det sig bara att man har fel. Men jag antar det är så man lär sig på (konstigt sätt att säga tack på).
Jag tror en krets liknande AMC7140 skulle vara bra för dig
Som jag förstår det så ersätter "current regulatorn" NPN-grejen samt motståndet? Dock så kvarstår då fortfarande problemet att få ner spänningen till en mer "LED-vänlig nivå".
Om du vill kan du koppla ihop den med en färdig DC/DC-omvandlare så du får 4V in eller liknande
Varför kan jag då inte omvänt bara använda en ex. 3.3v dc/dc omvandlare från början? vad är fördelen med AMC7140?
superx
Inlägg: 1127
Blev medlem: 19 juni 2012, 23:28:16
Ort: Linköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av superx »

Lysdioden behöver 700mA. AMC-kretsen garanterar att den får det (så länge in-spänningen är högre än Vf för lysdioden + lite marginal), genom att bränna upp överskottsspänningen i form av värme. Med så hög ström funkar detta enbart om inspänningen ligger nära Vf för lysdioden, annars blir effektutvecklingen orimligt hög i AMC-kretsen.

Du kan inte enbart använda en 3,3V-spänning direkt på dioderna. Då kommer strömmen kunna variera jättemycket, för den regleras inte alls. Om spänningen ändras bara lite, eller temperaturen hos dioden så kanske strömmen helt plötsligt blir dubbelt så stor genom dioden -> pang! Detta kan man inse om man tittar på If/Vf-kurvan i databladet för din diod. Den är väldigt brant i området kring 700mA, och spänningen behöver inte ändras mycket för att skada dioden. Dessutom går det inte att hitta en spänning som ger rätt ström för alla färgerna samtidigt.

Strömmen måste begränsas på något sätt, och man kan använda motstånd, men det blir väldigt dålig reglering om man inte tillåter en stor effektförlust i motståndet, vilket som du märkte i din första design, blir opraktiskt.
Användarvisningsbild
Andax
Inlägg: 4379
Blev medlem: 4 juli 2005, 23:27:38
Ort: Jönköping

Re: 4-kanals lysdiodsdrivare, 10 W

Inlägg av Andax »

Såg att den där AMC7140 behövde minst 0.35V extra spänning förutom diod-spänningen för att kunna reglera strömmen. Då skulle man få 0.7*0.35 W, ca 0.25 W förlusteffekt vilket är hanterbart. Men problemet kvarstår att man måste ha en spänningskälla som går att justera för varje diod eftersom det inte är säkert att de har samma spänningsfall. Och spänningskällan bör vara switchad för att inte ha förstora förluster.
Skriv svar