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Elettronica di un LED

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Elettronica di un LED

Messaggioda Foto Utenteelegos » 27 gen 2020, 12:22

Ciao a tutti,

mi sto facendo una cultura di base di elettronica in modo da alimentare un LED ad alta potenza. Ho cominciato a studiare i rudimenti (tensione, corrente, legge di Ohm, leggi di Kirchhoff) e volevo fare insieme a voi che siete più esperti, un percorso che mi possa portare alla realizzazione del circuito finale :)

Il primo step, a mio avviso, è la realizzazione di un circuito in grado di alimentare un LED a potenza fissa.

Cominciamo dal circuito più semplice (e sbagliato) che mi è venuto in mente:

Circuito LED 1.png
Circuito LED 1.png (2.4 KiB) Osservato 1339 volte


Osservazioni:
  • Il circuito funziona esclusivamente se la tensione in entrata è pari a quella del funzionamento del LED, in quanto la legge di Kirchhoff della tensione dice che la somma delle tensioni nel circuito dev'essere pari a quella d'ingresso.
  • Il generatore deve erogare almeno un valore di corrente pari al consumo del LED, pena surriscaldamento, spegnimento o rottura dell'alimentatore, poiché il LED richiederà più corrente di quella che la sorgente energetica è in grado di fornire.

La mia prima domanda è: se io avessi un, diciamo, trasformatore CA-CC che mi fornisce un tensione superiore a quella richiesto dal LED, dovrei porre una resistenza prima o dopo il carico del LED stesso, oppure dovrei utilizzare qualche altro componente (attivo o passivo che sia)? Ho letto, onestamente non ricordo dove, che è sconsigliabile mettere una resistenza prima del carico in quanto il passaggio di energia provocherebbe una dissipazione termica fino a fondere, per un piccolo valore di W consumati. Se ponessi quindi la resistenza dopo il LED, in modo che la tensione in ritorno fosse pari a 0 (calcolandola utilizzando la legge di Ohm), la tensione passante sul LED sarebbe, se non ho capito male, maggiore rispetto a quella richiesta / supportata dal LED stesso. Ho pensato anche ad un divisore di tensione, ma anche quello utilizza di fatto una resistenza prima del carico...

Grazie :)
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[2] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 27 gen 2020, 13:10

elegos ha scritto:mi sto facendo una cultura di base di elettronica in modo da alimentare un LED ad alta potenza

Un libro di testo molto buono, se ti impegni puoi anche "trovarlo" (penso ci siamo capiti) https://www.amazon.it/Circuiti-microele ... oks&sr=1-1

elegos ha scritto:Il circuito funziona esclusivamente se la tensione in entrata è pari a quella del funzionamento del LED, in quanto la legge di Kirchhoff della tensione dice che la somma delle tensioni nel circuito dev'essere pari a quella d'ingresso.

Si, ma dipende dal modello che utilizzi del diodo. Il diodo ha un andamento esponenziale i/V, quindi alimentarlo in tensione, per quanto possibile è davvero un tentare la sorte visto che una minima variazione di tensione comporta una variazione di corrente mostruosa. IL LED è più facile alimentarlo in corrente.
elegos ha scritto:se io avessi un, diciamo, trasformatore CA-CC che mi fornisce un tensione superiore a quella richiesto dal LED, dovrei porre una resistenza prima o dopo il carico del LED stesso

Non cambia niente, sono in serie, nella maglia la corrente è la stessa, la caduta di tensione su ciascun componente anche.
elegos ha scritto:Se ponessi quindi la resistenza dopo il LED, in modo che la tensione in ritorno fosse pari a 0 (calcolandola utilizzando la legge di Ohm)

Questa è fantasia. La potenza dissipata dal componente dipende dalla caduta di tensione sul componente in questione per la corrente che ci scorre. L'unica tua "salvezza" per non sprecare energia è usare un sistema swiching, ma al momento è evidente tu non abbia le conoscenze per implementarlo (non è un insulto, ma hai un po' di confusione ed è necessario che tu studi un po' da una fonte unica e chiara).
Con un resistore, transistor o regolatore lineare sprechi tutto quello che non usi (il che non è necessariamente tragico se metti tanti led in serie in modo da minimizzare la caduta di tensione sul regolatore).

Ti serve una conoscenza più approfondita su diodi e transistor (MOSFET e BJT). Il libro che ti ho consigliato è molto buono ed è uno dei testi di riferimento per Elettronica I. Se hai conoscenze base di elettrotecnica (metodo dei nodi, superfici gaussiane, delle maglie, etc) e conoscenze di matematica da 4o superiore (fatti esponenziali) non dovresti avere troppi problemi. Se invece ti serve uno studio di elettrotecnica ti consiglio https://www.amazon.it/Circuiti-elettric ... 8808178889 (che anche questo è "trovabile").
Ciao!
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[3] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto Utenteg.schgor » 27 gen 2020, 13:54

Vedi qui
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[4] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 27 gen 2020, 14:23

E anche qui, guarda anche la bibliografia in fondo.
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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[5] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto Utenteelegos » 29 gen 2020, 12:48

Nel frattempo che mi sono letto gli articoli sopracitati e mi sto leggendo un libro sull'elettrotecnica, volevo chiedervi un aiuto per un driver LED, il quale dovrebbe semplificare le cose, fino a quando non avrò le conoscenze adatte per sviluppare sistemi più complessi.

Da quanto ho capito, inoltre, un'energia maggiore o inferiore fornita ad un COB non assicura uno spettro luminoso coerente con le specifiche a livello energetico di riferimento (nel mio caso specifico 51V 2200 mA), quindi per una coltivazione di piante (il mio impiego target del LED, o meglio della matrice) il modo di controllare il PPFD è semplicemente quello di avvicinare o allontanare la fonte luminosa dalla pianta (unico vingolo: temperatura del LED).

Ho cercato quindi un driver LED a corrente costante da (almeno) 112,2W di potenza (erogata).

Ho trovato il seguente driver: https://www.meanwell.com/productPdf.aspx?i=309#1 - in particolar modo il modello HLG-120H-54A (120W fino a 54V con tensione e corrente costanti, entrambi regolabili con potenziometro). Ho letto che la sua efficienza raggiunge fino al 93.3% in caso di tensione in input di 230Vac. Quello che non mi è chiaro è: la potenza erogata è al massimo di 112,2W per un consumo di 120W, oppure eroga fino a 120W per un consumo di 129W (o più)?

Grazie :)
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[6] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 29 gen 2020, 18:28

La potenza erogata è erogata al led. In ogni caso potresti usare un circuito di questo tipo con una resistenza di degenerazione di circa 0,3 \Omega, calcola all'incirca la resistenza deve essere 0,6/corrente. Lo zener non è necessario, ma può essere necessario se la tensione sulla base del 2n2222 supera i 5 volt perché può danneggiarsi. Oppure cambi transistor. Devi tarare il trasformatore per fare in modo che la tensione sia più vicino possibile alla tensione dei led in modo che il mosfet dissipi il meno possibile. Per ottenere quella tensione potresti cercare un alimentatore swiching regolabile, però potresti trovare direttamente uno swiching in corrente che non è male.
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[7] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto Utenteelegos » 29 gen 2020, 18:45

Grazie per la risposta :)

E' evidente che le mie conoscenze sono insufficienti per capire il circuito. Potresti spiegarmi, se hai tempo e voglila, come sei arrivato allo schema? Grazie in anticipo :)
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[8] Re: Elettronica di un LED

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 29 gen 2020, 19:24

Per capirlo bene devi studiare un po' ;-), in ogni caso ti serve una lieve infarinata su MOSFET e BJT e sulle loro curve (quadratiche ed esponenziale). Ora faccio una brevissima introduzione fatta male, ma devi approfondire. Nei MOSFET abbiamo Drain, Gate e Source che sono (molto più o meno) l'equivalente del Collettore, Base ed Emettitore. Il 2n2222 è un BJT, il FQB55N10 (ma puoi sostituirlo con qualsiasi altro MOSFET a canale n che abbia le caratteristiche che ti servono). A seconda della tensione Gate-Source (Base-Emettitore) il transistor va in conduzione (dal Drain al Source). Il MOSFET M1 è normalmente in conduzione (per via della resistenza da 100k). Se scorre troppa corrente su R2 c'è una caduta di tensione tale da mandare in conduzione Q1 che va a "bloccare" M1. Se in M1 scorre meno corrente c'è meno caduta di tensione su R2 e quindi Q1 conduce di meno e quindi M1 si "sblocca" un po'. E così via. Si dice che i transistor sono in controreazione. Ci sarebbe da fare tutto un discorso sulla stabilità del sistema ad anello chiuso che per il momento non ci interessa (la materia che studia la stabilità è controlli automatici).

Perché la resistenza R2 da scegliere è circa 0,6/corrente? Perché i BJT entrano in conduzione circa con una V_BE di 0,6 V, ma ciò dipende dal transitor e anche questo non è esattamente vero, infatti il sistema si stabilizzerà in una certa regione di lavoro lineare, la regione attiva diretta.

I transistor si modellano a bassa frequenza come un generatore di corrente in serie ad una resistenza. Per spiegarla male si può dire che M1 si comporta come un resistore variabile che fa in modo scorra una corrente costante. Se la caduta di tensione che deve produrre è troppo alta sprechi un sacco di energia, devi azzeccare la tensione di alimentazione il più possibile in modo da dissipare sul mosfet il meno possibile.

Spero di aver chiarito un po' e aver dato spunti di studio. Ciao!
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