如何廉价驱动700mA LED?

电器工程 Arduino 电源 引领 ESP8266 LED驱动器
2022-01-17 20:17:49

我是电子新手,正在尝试制作夜视电路。以前也有人问过类似的问题,但优先考虑的是效率。作为夜间摄像机项目的一部分,我想使用 5v 输入和 ESP8266 微控制器来控制 700mA-1000mA IR LED。LED 应该能够从 MCU 开启/关闭,并且大部分时间都是关闭的。

一种解决方案是使用专用的 LED 驱动器/恒流电源,价格昂贵(例如这个LED 驱动器需要 7 美元+运费)。另一种解决方案是使用单个高功率电阻器,但效率非常低。请参阅:
如何尽可能高效地
驱动大功率 LED 如何使用同一电源驱动大功率 LED 和 Arduino?

我正在寻找一种使用便宜的组件来驱动 LED 的方法(典型的 Arduino 爱好者组件 - 四分之一瓦电阻器组合包、晶体管组合包(例如,带有 BC337 和 2N2222 NPN 晶体管)、降压/升压转换器、微控制器本身)。

LED 规格
这些 LED:https
://www.aliexpress.com/item/32810764742.html 正向 电压:DC1.4-1.6V
正向电流:700-1000mA

简单的电阻法
我的第一个想法是使用限流电阻。然后,从 R=V/I 我们得到 R=5/0.7=7 欧姆。从 P=IV 我们得到 P=0.7*5=3.5 瓦。我只有 1/4 瓦电阻(3.5 瓦听起来消耗的功率很大),所以不需要这种解决方案。

2 晶体管方法
我读到了一种使用 2 个晶体管限制电流的方法(示意图如下)。
来源 1 http://www.physics.unlv.edu/~bill/PHYS483/current_lim.pdf
来源 2 https://www.homemade-circuits.com/universal-high-watt-led-current-limiter/

这将满足我作为廉价解决方案和使用简单组件的要求。我有 BC337 和 2N2222 晶体管。我认为 BC337 可以处理 800mA,hFE 为 100-630(此处为 BC337 的信息)。在来源中,他们使用 30 的 hFE 值。我怎么知道要使用什么值?

问题

  • 如何选择hfe?
  • R1 和 R2 应该使用什么值?
  • BC337 晶体管需要消耗多少功率?
  • 对温度的敏感性是否可以忍受?(例如0-30摄氏度)
  • ESP8266 可以输出 PWM 信号。这对电路有用吗?

这是我对示意图的尝试。这还没有包含使用 ESP8266 的 3.3v 逻辑进行的切换。

2 晶体管限流器

4个回答

XY 问题。

从功率和成本的角度来看,驱动 1A LED 负载的最佳效率解决方案是使用 LED 驱动器 IC。有很多可供选择;Diodes Inc PAM2804似乎可以满足您的需求它支持PWM调光。这些芯片非常便宜(大约 15 美分的 Digi-Key 价格,体积的一半。)您可以驱动多达 3 个与该芯片串联的 IR LED,因为它的感应开销仅为 100 mV。

如果您认为 15 美分“昂贵”,请考虑使用此 IC 无需解决的散热和效率问题以及如果您不使用它并采用线性方式的成本。超过15美分。


无论您选择哪种驱动方法,使用 PWM 斩波来控制调光都存在问题:这会与您的帧捕获交互,从而导致频闪如果您使用直接 PWM,您将不会对结果感到满意:由于传感器的滚动快门和 LED 的脉冲光的相互作用,您的图像中会出现水平条。这种效果是各地摄像师的祸根,我敢肯定你不希望在你的夜视摄像机中出现这种效果。

相反,请考虑使用直流控制方法来修改 LED 电流。怎么做?简单的方法是使用像Maxim DS4432这样的电流 DAC 。该器件由 I2C 控制,可以向任何节点提供或吸收电流。它有点像数字电位器(另一种需要考虑的方法),但使用电流,使其更加灵活。它很小。Digi-Key 的价格约为 1 美元,可能有点贵。Microchip 生产约 50 美分 Digi-Key 的 I2C 数字电位器。

一个更复杂但更便宜的方法是使用 ESP8266 PWM 输出,并对其进行过滤以制作一个 PWM 控制的电流源来调整驱动器。这将意味着运算放大器和晶体管以及一些无源器件。你甚至可以只用晶体管来做,作为你提议的电流源的修改。

还有一种方法是选择接受电压调光控制的 LED 驱动器,例如MPS MP2410A然后采用 PWM 并使用无源低通来创建调光信号。使用高频 PWM 以最小化纹波和组件尺寸。然而,MPS 部分肯定比 PAM2804 贵。

我读到了一种使用 2 个晶体管限制电流的方法(示意图如下)。

所有线性解决方案,电阻器或其他任何东西,都将具有相同的效率。

如果您以 1A 运行 LED,它将从 5V 汲取 1A,即 5W。如果 LED 上的电压为 1.6V,那么电流调节器(无论是什么)上都会有 3.4V,因此 LED 将获得 1.6W,电流调节器将燃烧 3.4W 作为热量。

您可以将两个 LED 串联起来,总电压为 3.2V,并使用较低值的电阻。因此,您在 LED 中使用更多功率,而在电阻器中浪费更少。

或者你可以得到一个开关 LED 驱动器

您在一篇文章中有太多问题,但我会尝试。

您计算了电阻耗散,就好像它是连接到 5V 电源的唯一负载。LED 将下降约 1.5V,因此电阻器不会看到完整的 5V。它仍然会耗散很多,大约 2.45W。

关于晶体管恒流电路,它仍然要消耗完全相同的2.45W。所以就像简单的电阻一样低效。此外,它需要一些电源才能运行,因此它会比简单的电阻器稍差一些。

您无法真正选择 hfe,您只是从工厂获得了完全不同的公差晶体管,因此通常一个好的设计适用于晶体管恰好具有的任何 hfe 值。因此,R1 在 Q2 开启之前设置电流,假设限制为 0.7A,基极为 0.7V,即 1 欧姆。它将耗散 0.7W。这会在 0.7A 时在 Q1 上留下大约 2.8V,大约 2W 耗散 - 这是晶体管无法处理的,因此您可以停止计算,因为晶体管会烧毁。

如果它确实处​​理了功率,您会从曲线中看出,在 700mA 时,典型的 hfe 约为 70,因此有良好的余量,让我们使用 50,因此可用的基极电流至少需要为 14mA,从曲线来看,Vbe 约为0.9V,因此 Vb 约为 1.6V。以 14mA 将 5V 馈入 1.6V 需要 R1 大约 240 欧姆。

根据曲线,温度容差最高约为 2mV/°C,因此如果它确实有效,它不会漂移太多。

您可以通过串联两个 LED 将损失减半。这将为您提供 2.8 至 3.2 V 的组合正向压降,将您的电阻损耗从大约 70% 降低到大约 40%。

  1. 如何选择h fe

您的电路不会对 h fe挑剔。您只需确保 R1 提供足够的偏置以将 Q1 导通至所需的最大电流。

  1. R1 和 R2 应该使用什么值?

R2 很简单。\$ R_2 = \frac VI = \frac {0.7} I\$当 Q2 的基极电压升至约 0.7 V 时,Q2 开始窃取 R1 的偏置。

Q1 的基极约为 2 × 0.7 = 1.4 V,R1 上的电压约为 3.6 V。大约 1/20 的集电极电流的基极电流应该是足够的。

BC337 晶体管需要消耗多少功率?

\$ P = VI = (V1 - V_{LED} - V_{R2}) 我 \$\$ V_{Q1}\times I \$

对温度的敏感性是否可以忍受?(例如 0 - 30° 摄氏度。)

我想不出问题。

ESP8266 可以输出 PWM 信号。这对电路有用吗?

  • 这对调光很有用。
  • 检查数据表(啊,但我在您的问题链接中看到 AliExpress,所以我打赌您可以忘记数据表),但如果占空比有限,您可以允许更高的电流。这将有助于您的效率。