Consideraciones de diseño para atenuación PWM de tira de LED

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Una nota sobre mi experiencia: soy programador en una empresa de diseño electrónico, comenzando con proyectos de hobby.

Estoy planeando diseñar un regulador de color y regulador de color PWM LED para una tira led RGB / RGBW (sí, este es un proyecto de hobby). Antes de comenzar a recoger partes y dibujar los esquemas, quiero preguntar si no me falta nada .

Descripción general del sistema

Tira de led

Una configuración de ánodo común. La tira de LED tendrá una longitud de hasta 5 m, con 14,4 W / m para RGB o 18 W / m para RGBW, es decir, hasta 90 W o 7,5 A extraídos de una fuente de alimentación de 12 V. Con un poco de sobrecarga, se obtiene un buen 3A por canal.

PWM y MCU

La frecuencia de conmutación de PWM será de aproximadamente 6 kHz, todo estará controlado por una MCU (familia STM32F0).

Lo que se ha tenido en cuenta

Fuente de alimentación

  1. Uno de 12 V con suficiente potencia, probablemente una fuente de alimentación ATX modificada o un LED dedicado.
  2. Para asegurarse de que la PSU maneja bien la carga conmutada grande, habrá unos cuantos condensadores electrolíticos grandes, muy probablemente del orden de unos pocos milifaradios, con una capacidad nominal de al menos 25 V con un ESR bajo
  3. Protección de corriente de arranque: un NTC
  4. La MCU se alimentará con un LDO, tiene protección contra subtensión por lo que no arrancará hasta que el suministro lógico esté en su rango operativo
  5. El riel de 12V será monitoreado por la MCU y solo encenderá los LED si la tensión de alimentación es correcta
  6. De acuerdo con una calculadora en línea usando 35um cobre haré el trazas de al menos 12,5 mm de ancho para la potencia común (ánodo y retorno de corriente) y 1,5 mm de ancho entre los cátodos y los desagües

Conduciendo los LEDs

  1. Lado bajo conmutado con un solo NMOS por canal, Rdson bajo 20 mOhm
  2. Para mantener a Rdson en las especificaciones, los MOSFET se manejarán utilizando un controlador dedicado, como el MCP14A0153 , suministrado por 12V
  3. Con 200 mW de potencia disipada en transistores con un paquete más grande (DPAK o LFPAK56 ) no debería ser una preocupación

PWM

  1. Según un artículo sobre Digikey planeo tener una frecuencia de aproximadamente 6kHz
  2. La MCU se ejecutará con un reloj de 48Mhz que está disponible para el periférico PWM, con 13 bits de resolución, probablemente más que suficiente

De lo que no estoy seguro y lo investigaré

  1. Protección: sobretensión y sobrecorriente, ¿la necesito y cómo implementarla?
  2. Protección ESD en los terminales
  3. Cualquier efecto (mágico para mí) como parásitos, inductancia, zumbidos y lo que no
  4. La relación entre la luz emitida y el ciclo de trabajo PWM es casi lineal. ¿Cuál es la relación entre la luz emitida y el brillo percibido?

Lo que estoy preguntando

Aparte de los puntos que enumeré, ¿hay algo más que deba considerar? También estaré agradecido por cualquier comentario con respecto a los puntos anteriores.

Actualizar

Por los comentarios y la respuesta de @ Tony, me he dado cuenta de que debo subrayar que la tira está lista para usar, no tengo control de su esquema. Es un stock con LED limitados por resistencia en paralelo, hecho para usar con una fuente de 12V, como this , esquema de Adafruit abajo. Por lo que entiendo, no se pueden usar atenuadores de corriente constante con tal configuración.

    
pregunta Jan Dorniak

2 respuestas

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Las opciones de diseño que deben incluirse en su especificación de diseño;

  1. Opciones de suministro

    • corriente, caída de voltaje, costo
    • los suministros de controladores LED personalizados cuestan aproximadamente el mismo por vatio, por lo que un voltaje más alto, como 24 V, reduce el costo del cobre en el circuito flexible en pérdidas de conducción en cada ruta y retorno común o incluso más alto si se usan más de 1 Amp por puerto 12V. En Japón es común ver alrededor de suministros de 100 Vcc para controlar COB de LED con controladores de bajo voltaje de baja tensión con corriente regulada y PWM con un filtro LC.
    • Los suministros ATX son baratos con $ 0.15 / W con la parte de 12V de la fuente de alimentación. Esto es menor que el costo de los LED por vatio, pero una parte importante. No comprometa la confiabilidad aquí.
    • Los suministros limitados de CC para cada puerto son los mejores, de modo que la corriente se regula, mientras que la variación de Vf puede ser del 10% a la misma corriente. Esto se puede hacer con retroalimentación sensorial actual.
    • interfaz de control dimmer Se pueden elegir muchas opciones de diseño, incluyendo I2S, uC PWM, control digital RS-485 a DAC o interfaz de control de 0 a 10 V para control analógico. Esto depende de los requisitos de la interfaz de usuario para el control remoto.
  2. Protección del medio ambiente: IPxy x de objetos, y para agua

    • IP20 (protección de tamaño de dedo básica)
    • IP54 (protección limitada contra el polvo y las salpicaduras de agua)
    • IP65 (protección total contra el polvo y agua a baja presión)
    • IP68 (protección total contra el polvo e inmersión en agua 1m +)
  3. protección EOS
    • rayos sueltos inducidos para uso en exteriores
    • manejo de la protección contra ESD durante el montaje
    • esto es más necesario cuando los LED están apagados cuando hay alta impedancia y son susceptibles de campos negativos inducidos o descargas en cables o contactos largos. Solo es más sensible a voltajes negativos por debajo de -5V para dañar o -15V si se trata de una cadena de 3 LED.
    • la mejor manera de proteger los LED es un diodo de polarización inversa entre el conductor y el riel conmutado. El riesgo depende de la exposición y la frecuencia de los rayos por año. esto también previene el potencial
  4. Tenga cuidado con la intensidad luminosa y la calidad de las especificaciones del proveedor.
    • Los vatios no siempre se traducen en colores precisos, ya que puede haber una diferencia de orden de magnitud en rojo y amp; LED de potencia azul que tienden a ser más caros y de menor eficacia en los combo LED y también más caros al combinar 3 químicas diferentes en un chip epitaxial. Elija hojas de datos de buena reputación de fuentes de marca como Cree o las de Japón, TW o Corea y compárelas.
    • para una buena herramienta, compre un medidor de intensidad luminosa corregido por CIE > $ 50 o por $ 5 compre un Panasonic CIE corrigió el sensor fotográfico de 5 mm y funciona con 5V de una batería de 9V con un LDO en una resistencia de carga en un DMM barato con un área difusa de > 1cm para capturar la luz LED para pruebas.
    • también considere que la temperatura del color cambiará con el envejecimiento, ya que cada LED puede degradarse a diferentes velocidades según la temperatura de operación y la duración utilizada. LM70 es el estándar utilizado para los LED blancos, pero los LED RGB tienen el mismo problema. A menudo, el fósforo envejece un poco más en los LED blancos, por lo que llamamos a esto un pequeño aumento en CCT o cambio azul.

En cuanto a la percepción del brillo, nuestros ojos tienen un rango dinámico muy amplio, pero las imágenes de TV están limitadas a aproximadamente 2 décadas de alcance. Sería muy difícil reconocer una pérdida del 30% en el poder visual de vez en cuando como nuestros ojos y ajustar continuamente y necesita una referencia para la comparación. Sin embargo, pequeños cambios en los LEDs junto con variaciones de diferentes longitudes de onda o intensidades se ven fácilmente en los carteles de LED de pantalla grande debido a la proximidad. Así que en resumen reconocer diferencias mucho más fáciles que los valores absolutos. Esto se debe a menudo a las especificaciones de costo frente a tamaño de las opciones de los proveedores. una gama 3: 1 de intensidades de LED puede existir fácilmente en producción abierta, pero una calidad de contenedor único del 10% existe con una prima, por lo que la selección y las especificaciones del proveedor dependen en gran medida de la aplicación y la capacidad de reconocer las diferencias. Si estaba conduciendo en un túnel de LED con una serie de LED a lo largo de la carretera y pagó mucho por esto instalado, podría ser crítico con el proveedor si algunos parecieran descoloridos o con una intensidad insuficiente. (Tenía un cliente así y muy pocas quejas en un millón de LEDs durante 10 años, la mayoría de ellos en un rango de 1 Cd / mA entre 20 y 30 grados).

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Algunos puntos. La mayoría de los proyectos, incluso los productos comerciales, no se molestan en controlar el suministro de 12 V con el microcontrolador. Omita el controlador Mosfet y encuentre algunos mosfets que funcionan para 3 amperios a voltajes de compuerta de nivel lógico. Esto reduce la complejidad y el recuento de piezas. La protección contra sobretensiones no es necesaria si no es descuidado con el diseño y no espera que alguien conecte el suministro incorrecto. La sobreintensidad podría arrojar un fusible de reajuste de PTC para el fusible estándar si realmente está preocupado. La protección contra ESD es un poco exagerada para un proyecto de tira led.

El controlador de tira led típico solo necesita 4 o 5 partes. Fuente de voltaje, regulador para el microcontrolador, microcontrolador, n-fets y la tira de led. Más que eso, y estás trabajando demasiado en ello.

    
respondido por el Passerby

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