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Driver led con possibilità di controllo in PWM: come fare?

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Driver led con possibilità di controllo in PWM: come fare?

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 26 ago 2020, 16:56

Ciao a tutti.
Dovrei creare un faretto LED tramite un chip da 30 watt, e sto cercando un modo per poterlo pilotare in PWM.
Ho subito scartato l'utilizzo di un semplice mosfet in quanto il LED necessita di una corrente costante per funzionare.
I dati di targa sono:
Tensione: 30 - 32 volt
Corrente: 900mA massimi

Mi chiedevo quindi come poter progettare un circuito per controllare questo led, con o senza l'utilizzo di integrati specifici.
Vorrei evitare le soluzioni già fatte da comprare, come i driver della MeanWell. Preferirei trovare un modo per costruirne uno, così da approfittare anche per capire come funziona

Ringrazio in anticipo chiunque risponderà a questo topic
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[2] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 26 ago 2020, 17:48

Lo vuoi "comandare" in PWM e alimentarlo in continua? Ti serve un alimentatore in corrente switching che selezioni la corrente con un ingresso in PWM.
Perché altrimenti la modulazione PWM LED non prevede il funzionamento in corrente continua (che tra l'altro non capisco perché dovrebbe essere un problema per il led).
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[3] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 26 ago 2020, 17:52

drGremi ha scritto:Lo vuoi "comandare" in PWM e alimentarlo in continua? Ti serve un alimentatore in corrente switching che selezioni la corrente con un ingresso in PWM.
Perché altrimenti la modulazione PWM LED non prevede il funzionamento in corrente continua (che tra l'altro non capisco perché dovrebbe essere un problema per il led).


Modificare ad esempio una schedina step down con regolazione in cc e cv?

É un problema perché il led va controllato in corrente costante. Se lo controllassi solo in tensione, si brucerebbe
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[4] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 26 ago 2020, 18:10

Stai facendo un po' di confusione. In questo post non ti risponderò alla domanda perché potrei fare una filippica inutile su una cosa che non ti interessa.

Vediamo se ho capito: tu vuoi pilotare un led potendone regolare l'intensità luminosa?
Se così per comandare l'intensità luminosa hai 2 strade percorribili: PWM (sul LED) o limitazione in corrente.

Il comandare in PWM l'intensità è una necessità che deriva da qualche interfacciamento? Cioè hai un altro circuito che deve pilotare l'intensità luminosa e il PWM è la modulazione del segnale sull'interfaccia di ingresso dell'alimentatore o puoi anche farlo a manella e tutto ciò è una mia fisima cosa dovuta ad una mia cattiva interpretazione causata dalla tua confusione sul significato del PWM?

AleEl ha scritto:É un problema perché il led va controllato in corrente costante. Se lo controllassi solo in tensione, si brucerebbe

No. Il led ha una corrente continua massima supportata, una corrente massima di burn supportata (definita per un tempo inferiore) e una potenza massima dissipabile.
Il fatto che si dica di non pilotarlo in tensione ma in corrente è un modo semplice per dire che essendo la curva I(V) esponenziale una piccola variazione di tensione comporta una variazione enorme di corrente e quindi puoi superare la corrente massima, nel tuo caso 0.9 A

Ora nessuno ti impedisce di modulare l'intensità luminosa in PWM garantendo di rispettare la specifica massima sulla corrente (alterni velocemente 900 mA, 0 mA etc). Oppure puoi limitare la corrente a 600 mA, 500... e così via mantenendola costante.
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[5] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 26 ago 2020, 19:23

drGremi ha scritto:Vediamo se ho capito: tu vuoi pilotare un led potendone regolare l'intensità luminosa?

Si

drGremi ha scritto:Il comandare in PWM l'intensità è una necessità che deriva da qualche interfacciamento? Cioè hai un altro circuito che deve pilotare l'intensità luminosa e il PWM è la modulazione del segnale sull'interfaccia di ingresso dell'alimentatore


La centralina che gestirá i led ha solo un segnale PWM come uscita disponibile. Quindi niente potenziometri a mano o cose simili

drGremi ha scritto:causata dalla tua confusione sul significato del PWM?


Non capisco: da cosa deduci che io abbia una confusione sul significato del PWM?

drGremi ha scritto:No. Il led ha una corrente continua massima supportata, una corrente massima di burn supportata (definita per un tempo inferiore) e una potenza massima dissipabile.
Il fatto che si dica di non pilotarlo in tensione ma in corrente è un modo semplice per dire che essendo la curva I(V) esponenziale una piccola variazione di tensione comporta una variazione enorme di corrente e quindi puoi superare la corrente massima, nel tuo caso 0.9 A


Ottimo: curva esponenziale, esatto. Perché voglio il controllo in corrente? Beh.. L'hai detto tu: se la tensione sale troppo il led muore.

drGremi ha scritto:Ora nessuno ti impedisce di modulare l'intensità luminosa in PWM garantendo di rispettare la specifica massima sulla corrente (alterni velocemente 900 mA, 0 mA etc). Oppure puoi limitare la corrente a 600 mA, 500... e così via mantenendola costante.


In ogni caso c'é da fare una limitazione di corrente, ovvero quello che volevo: il problema resta comunque come farla.
Possibilmente vorrei evitare resistenze di potenza o cose lineari, in quanto andrei a dissipare l'eccesso in calore
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[6] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 27 ago 2020, 11:17

Ma è stata solo un'impressione, per iscritto si tende anche ad essere poco chiari (io per esempio per iscritto posso far confusione visto che tendo a sbrigarmi).

Tornando a noi. Come pensavi di gestire l'alimentazione? Devi acquistare tutto o vuoi usare cose che possiedi?

AleEl ha scritto:In ogni caso c'é da fare una limitazione di corrente, ovvero quello che volevo: il problema resta comunque come farla.
Possibilmente vorrei evitare resistenze di potenza o cose lineari, in quanto andrei a dissipare l'eccesso in calore

Non è detto che usare resistenze sia così una brutta idea se hai una alimentazione in tensione regolabile (tipo un DC-DC) e avvicini la tensione in modo da minimizzare la caduta di tensione sul resistore. L'efficienza non è così male. In alternativa alla resistenza potresti usare un circuito a retroazione tipo questo

Per l'intensità poi spegni e accendi il circuito con un transistor che comandi direttamente in PWM (o al massimo con driver transistor, ma secondo me se riesci a mantenere la tensione non troppo variabile è non necessario nessun circuito retroazionato).
Nel caso non usassi il resistore si può modificare un po' il circuito per riciclare il transistor Q2.

I vantaggi del circuito a resistenza sono: è semplice da capire, relativamente facile da fare, usi praticamente solo componenti discreti. Se ben dimensionato non è inefficiente.

L'alternativa è cercarsi un integrato che funga da alimentatore switching in corrente pilotato in PWM (se li cerchi esistono) oppure se pilotato in tensione (come spesso è più facile trovarli) bisogna trovarsi un modo per convertire il segnale PWM in tensione (che può essere facile, usando un semplice filtro passivo oppure potrebbe servire un buffer se il segnale in ingresso ha una alta impedenza di uscita).

Vantaggi: se ben progettato è meno schizzinoso sulle tensioni in ingresso, ma è molto più complesso, costoso e secondo me non necessario. Necessita di induttori.
Data la continuità di illuminazione se usi la luce per video ad altissimo framerate (non 120 fps) con la seconda soluzione avresti una illuminazione uniforme.
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[7] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 27 ago 2020, 12:10

drGremi ha scritto: Come pensavi di gestire l'alimentazione? Devi acquistare tutto o vuoi usare cose che possiedi?


Uno switching a tensione fissa, che dipende dai led. Indicativamente o da 36 volt o da 48 volt.

drGremi ha scritto:Non è detto che usare resistenze sia così una brutta idea se hai una alimentazione in tensione regolabile (tipo un DC-DC) e avvicini la tensione in modo da minimizzare la caduta di tensione sul resistore. L'efficienza non è così male.


36 volt sono vicini alla tensione di targa del led. Se decidessi di far andare al 10% il led, quanto dissiperei in calore?

drGremi ha scritto: In alternativa alla resistenza potresti usare un circuito a retroazione tipo questo

Per l'intensità poi spegni e accendi il circuito con un transistor che comandi direttamente in PWM (o al massimo con driver transistor, ma secondo me se riesci a mantenere la tensione non troppo variabile è non necessario nessun circuito retroazionato).
Nel caso non usassi il resistore si può modificare un po' il circuito per riciclare il transistor Q2.

I vantaggi del circuito a resistenza sono: è semplice da capire, relativamente facile da fare, usi praticamente solo componenti discreti. Se ben dimensionato non è inefficiente.


Questa parte giá mi intriga di piú: che dissipazione si avrebbe? Il circuito come funziona?
La R3 funge da shunt per rilevare la corrente?



Per gli IC giá pronti vorrei evitare, quindi se é valido resterei sul circuito che hai proposto.

Grazie dell'intervento.
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[8] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto Utenterichiurci » 27 ago 2020, 12:53

Ale, tutto dipende dall'esperienza circuitale che hai, se sei all'inizio come mi sembra di aver capito stai partendo con un circuito troppo complesso.

Guarda tra i miei articoli, comunque ben pochi ormai si avventurano a costruire da zero un PWM evoluto per alimentare un LED!

Detto questo sono d'accordo con DrGremi, la corrente nei LED deve essere limitata ma mica costante!
Le considerazioni principali di partenza sono:

- il circuito a potenza massima (PWM=100%) deve alimentare il LED con una corrente "salubre", consiglio di stare almeno il 30% sotto quella data dai costruttori (specie per cinesate economiche)

- la frequenza del PWM deve evitare sfarfallamenti della luce, ma non è necessario andare a 10-20 kHz come la maggior parte dei PWM, per evitare sfarfallamenti potrebbero bastare 2-300 Hz!
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[9] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtentedrGremi » 27 ago 2020, 12:58

Per la spiegazione del funzionamento di quel circuito ti rimando a questo https://www.electroyou.it/drgremi/wiki/ ... i-discreti salta tutta la prima parte che non ti interessa.

I due circuiti (resistenza e basta) e quello col transistor in controrrazione come efficienza sono circa uguali. L'unica differenza è che se innalzi la tensione sul circuito a resistenza scorrerà una corrente proporzionale all'aumento di tensione, invece se usi il circuito a transistor sarà circa la stessa.
ma tutto il surplus di tensione viene sempre dissipato in calore.

AleEl ha scritto:36 volt sono vicini alla tensione di targa del led. Se decidessi di far andare al 10% il led, quanto dissiperei in calore?

Se alimenti a 36 volt e hai circa 0.9A devi avere circa una caduta di tensione sulla resistenza di 6V quindi dissipi circa 5.5W con una efficienza dell'83% circa.

Se decidessi di fare andare al 10% il LED con la modulazione PWM l'efficienza dovrebbe essere simile perché alterni stati in cui il LED è spento a stati in cui è acceso alla potenza massima. In questo caso una parte di energia viene sprecata dagli effetti parassiti del Mosfet, ma dovrebbe essere poca roba quindi l'efficienza non cambia molto.

Ovviamente questa efficienza è calcolata a valle dell'alimentatore. Anche il tuo alimentatore avrà perdite.
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[10] Re: Driver led con possibilità di controllo in PWM: come far

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 27 ago 2020, 13:35

richiurci ha scritto:Ale, tutto dipende dall'esperienza circuitale che hai, se sei all'inizio come mi sembra di aver capito stai partendo con un circuito troppo complesso.


Probabilmente hai ragione, ma indicativamente parlando credo di aver capito il funzionamento

Foto UtentedrGremi vediamo se ho capito. Spiegheró in parole povere, quindi perdonami

Allora, la resistenza R1 del tuo schema funge da "pull-up" al mosfet, mantenendolo acceso quando il transistor Q1 non interviene.

Poi c'é la resistenza R3 nello schema che, come avevo immaginato, fungeva da shunt per rilevare la corrente che scorre nel MOS, e quindi nel led. Ha un valore piccolo, che dipende da una cosa: la tensione di attivazione del transistor, ovvero la Vbe.

Essenzialmente quindi la corrente che scorre nel led viene data dalla tensione Vbe del transistor, e dalla resistenza R3.
La formula é: R3 = Vbe / Iled

Ora si spiega il perché: se calcoliamo ad esempio la resistenza per una corrente di 500mA, si avrá che:
Sotto i 500mA la tensione ai capi della R3 sará piú bassa della soglia di attivazione del transistor, lasciando quindi il mosfet attivo.
Essendo attivo, la corrente Iled aumenta gradualmente.
Arrivati ad una corrente circa uguale a 500mA, il transistor inizierá a condurre mandando a massa il gate del mosfet, che di conseguenza si aprirá impedendo il passaggio di corrente.

Dato che la corrente diminuirá a causa di ció, la tensione su R3 diminuirá di conseguenza facendo spegnere il transistor, il quale non manderá piú a massa il mosfet che inizierá di nuovo a far passare la corrente.


Nonostante le parole non corrette, ho capito?
Ora, prossima domanda: come implemento il PWM?
Bisogna inserire un secondo mosfet controllato in PWM? É cosí semplice?

Pensavo ad una cosa del genere:

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