Styra flera 100W LED och "mixa" ljuset till max 100W totalt

[krilar]

Hej!

Jag är ny här och ganska dessutom ny på elektronik. Har köpt en Arduino UNO för att labba lite men känner att jag behöver lite hjälp. Egentligen två frågor (som hör ihop)

1.
Jag vill styra en 100W LED (med egen 30-36 VDC powersupply) via en (tex) TIP41C effekttransistor från en utgång som är 5 VDC.
Fråga: Behöver jag en resistor (jag kommer använda PWM), verkar så vad jag läst på nätet? Och isåfall, var ska den kopplas in och vilken resistans (Ohm) skall den vara på, någon som kan rekommendera/hjälpa?

2.
När jag är klar över fråga ett (1) så tänkte jag i nästa steg kunna kontrollera ljuset genom att dimma det med PWM teknik.
Fråga: Är det något speciellt man ska tänka på, tycker att transistorn TIP41C jag har hittat verkar fungera (och har en del överkapacitet, bra eller dåligt?)

Jag har egentligen en tredje fråga i relation till ovanstående men det är kanske mer en programmeringsfråga. Hur som helst skulle jag vilja koppla in en andra 100W LED i kretsen och kontrollera effekten mellan dom två med PWM teknik. Tanken är att dom tillsammans inte drar mer ström än vad en 100W led skulle göra. På så sätt kan jag använda mig av en 100W LED powersupply men ändå ha båda lamporna igång. Tex 40% till en och 60% till den andra blir 100% totalt. I förlängningen skulle jag vilja kunna koppla ihop fler lampor men behålla max 100W total förbrukning.
Fråga: Är ovanstående möjligt rent programmeringstekniskt? Ideer på hur det kan låta sig göras välkomnas!

Hoppas mina beskrivningar förklarar tydligt nog, tack på förhand

[Mindmapper]

Välkommen till forumet.
Det är alltid bra att tala om exakt vilken typ av komponent det är man har frågan om, annars är frågorna mycket bra formulerade. 100W LED är väl inte så vanliga än så att många har stor erfarenhet av inkoppling av dessa och då är det alltid bra att kunna titta på ett datablad.

På fråga 1 beror det på om LED har ingång för PWM eller inte, om den har inbyggd strömgenerator, etc.

2. Har du TIP41C hemma, är de ett bra val.

3. Visst går det. Men det är väl att använda komponenterna dåligt om du kör för många. Du skulle kunna köpa billigare komponenter och driva flera samtidigt. Samtidigt så är en av finneserna med PWM att kunna spara energi. Ögat har en viss fördröjning som gör att det kommer ihåg ljus. Du ser ju t.ex. inte att en glödlampa släcks/tänds 100ggr i sekunden.
Programmeringstekniskt så är det inte svårt. Svårigheten ligger mera i att veta hur många LED man kan hänga på och prova sig fram till lämpliga frekvenser som fungerar så bra som möjligt för ögat.

[Icecap]

1: 100W LED är lite extremt i våran värld. Jag lyser t.ex. upp hela min hall med 20W. Men OK, kör hårt. Med 100W ska man inte använda strömbegränsningsmotstånd, man ska däremot bygga en switch-mode konstantströmsgenerator. Orsaken är att det annars blir alldeles för mycket värme som kastas bort vilket kräver stora komponenter, kylning och annat. Med 100W LED finns det ändå rikligt med kylbehov så varför göra det värre?

Du kommer dock att behöva ett drivsteg mellan mikroprocessorn och drivtransistorn - men då du ändå bör bygga ett mer avancerat drivsteg kommer det automatisk så att säga.

2: När väl (1) är löst kommer detta att vara en programmeringsfråga bara.

3: Så länge mikroprocessorn kan skapa nog PWM-utgångar är det bara en bit matematik för att klara detta. Dock kan det vara värd att tänka på att styra sekvenserna så att alla lampor tänds efter varandra - fast det går snabbt ändå, PWM-frekvensen bör vara minst 100Hz och gärna kännbart högre.

Så innan du börjar koppla för mycket vill jag komma med ett förslag: skapa de rätta PWM-sekvenser och få styr på dom, deras förhållanden och hastighet osv. När det är klart ska vi nog hjälpa dig med resten.

Mikroprocessorer är ju enkla att koppla - men de tag igen den enkelhet vid att skulle programmeras...

[superx]

Låter kul! Men det skulle vara bra med en länk till info om lysdioden du tänkte använda.

[krilar]

Tack för kommentarerna. Jag har följande lysdiod(er) (http://www.ebay.com/itm/261031724172) och powersupply (http://www.ebay.com/itm/400264568019).

Arduinon har flera PWM utgångar och det finns ett färdigt exempel som heter "fade". Först testade jag med en vanlig liten lysdiod och det fungerade fint. Sen kopplade jag signalen till transistorn för att se om det fungerade med 100W leden och det fungerade också fint

Jag körde dock bara cirka 10 sekunder (har inte kylningen till 100W leden helt klar) men som sagt, det fungerade.
Fråga: Borde jag stoppa in något motstånd eller är det bara att ta styrignalen från Arduinon till gaten på transistorn och köra på...?

Om någon vet hur man skulle komma vidare (Arduino kod) med hur jag sen kan mixa ljuset mellan två LEDs som jag beskrivit tidigare så hade det varit toppen.

Mvh

Edit: Googlade och fick fram att PWM frekvensen på Arduino är 31250 respektive 62500 Hz. Olika på olika utgångar, tydligen.

[superx]

Hm... i så fall är jag inte säker på hur du har kopplat, för LED-drivaren har väl ingen PWM-ingång? Kan du inte förklara hur transistorn kommer in i kopplingen?

Om inga motstånd är inblandade så finns det viss risk för att du kan skada Arduinon skulle jag tro.

[krilar]

Det känns som jag behöver förklara hur jag kopplat ihop och därför har jag gjort en skiss/elschema så man lättare förstår. Tänk på att jag har ingen el-utbildning och därför kanske skissen inte precis är fackmannamässig, ber om förståelse för det.
Fågan: som är viktigast just nu, behöver jag stoppa in något motstånd eller diod, etc.. för att inte köra sönder något (det funkar iof redan som det är, men bara kört korta stunder)

el_schm.JPG

[superx]

Tack, då fattar jag!

Du behöver definitivt ett motstånd för att begränsa strömmen in i basen på transistorerna. Kolla hur mycket ström mikrokontrollern kan leverera och använd ohms lag för att räkna ut vilket motstånd som behövs för att inte detta överskrids. R = U/I. U är i det här fallet 5-0,7 = 4,3. 5 volt ut från Arduinon och sedan tappar du kring 0,7 volt över bas-emitter på transistorn.

Risken är nog att strömmen som Arduinon levererar inte räcker för att få den ström du vill genom transistorn, men det får du dubbelkolla i transistorns datablad. Leta efter siffran som anger strömförstärkning.

En annan sak jag skulle oroa mig lite för i ditt fall är vad som händer när du stryper strömmen ut från led-drivaren så som du gör. Drivkretsen kommer märka att det inte går någon ström och försöka motverka detta genom att höja spänningen ut. Varje gång du slår av strömmen riskerar det alltså att bli en spänningstopp, och om detta sker 60000 gånger per sekund kan det säkert bli problem i vissa fall. Speciellt om du har långa kablar mellan drivare och LED (då kanske du byggt dig en radiosändare).

[Icecap]

Nu är symbolen ganska felritat, det är MOSFET-transistorer det rör sig om.

Men ett drivsteg borde det vara iaf. mellan Arduinon och transistorerna, om inte för annat sp för att driva dom ordentligt.

[sodjan]

TIP41C är bipolära NPN trissor.
http://www.drixsemi.be/TIP41C.PDF

[007sweden]

Funkar säkert med det du har + basmostånd som ovan beskrivet.

Har själv experimenterat lite smått med LED-drivning och Arduino UNO, höll mig dock i området 3W LED. (Dock nog ljust för att få prickar i synen ett tag efteråt ifall man av någon dum anledning råkade titta in i den..)

Köpte en FQP50N06 tillsammans med LED och Arduino från Electrokit, vald för sin låga RDSon, Låga Vgs(th) och för att jag gillar att överdriva saker (think, 50A mosfet -> 700mA LED).

Vgs(th) ligger på 2-4V vilket betyder att jag driver den direkt från Arduinon, dock öppnar den inte HELT och hållet, så när RDSon är speccat till 0.022Ohm vid Vgs 10v, så får jag med min setup uppmätt ca 0.037 Ohm (Mätt spänningsfall och ström), om jag minns rätt, var ett par veckor sedan. Detta är fortfarande väldigt lite vid 700mA genom den så för min del fungerar det. Ca 0.018W effektförslust i mosfeten alltså.

[Mindmapper]

Det känns som jag behöver förklara hur jag kopplat ihop och därför har jag gjort en skiss/elschema så man lättare förstår. Tänk på att jag har ingen el-utbildning och därför kanske skissen inte precis är fackmannamässig, ber om förståelse för det.
Fågan: som är viktigast just nu, behöver jag stoppa in något motstånd eller diod, etc.. för att inte köra sönder något (det funkar iof redan som det är, men bara kört korta stunder)

el_schm.JPG

Blir inte klok på vad LED-driver är? Tittar man på Ebay verkar det vara en vanlig ostabiliserad nätdel. Möjligen begränsar den strömmen till ett säkert värde, men det är inte säkert.

Det finns två sätt att begränsa strömmen till en LED.
Om spänningen är stabil är en resistor ett enkelt sätt.
Strömgenerator är en mera exakt och fungerar även om spänningen inte är stabil.

Drivningen av transistorn räcker inte till. Om den inte får nog drivning kommer den inte att leda ordentligt. Detta kan resultera i att transistorn blir för varm och kortsluter.
I databladet ser man att förstärkningen HFE är 60ggr. För 3A ger det att en basström på 3/60 = 0.05A behövs minst. Mikroprocessorn kan aldrig driva ut så mycket. Därför behövs ett drivsteg. Kan byggas av en extra transistor och en resistor.

[maDa]

Jag rekommenderar FET's istället. Kör själv med IRF630 och IRF540 till några LED-byggen, de slår om fint på 5V.

[JohnGalt]

FETar är helt klart lämpliga här. Men logic-level (t ex RFP3055LE) är lämpligt så är man säker på att den öppnar helt vid 5V.
Använd seriemotstånd till gaten (t ex 100 Ohm) även om det funkar ändå, samt pull-down från gate till GND (t ex 10 kOhm, så att den är stängd om utgången flyter.

[Icecap]

Det finns många råd osv. men jag ser ett problem i det hela. TS är väldigt osäker på hur man styr PWM med en Arduino, själv är jag ganska säker på att den inte har 3 st PWM i hårdvaran varför det hela måste lösas med en 3 kanalig mjukvara-PWM. Detta tror jag i sig är en seriös munsbit för TS med tanke på tidigare inlägg.

Men när det väl är avklarat är resten egentligen inte så svårt. Att bygga en konstantströmsgenerator som kan slås av och på och driva 3A är knappast ett problem, det klarar man enkelt med en N-MOSFET i lämplig storlek (helst i TO-220-kapsel för enkel kylning), ett 0,22 ohms 2W+ motstånd, två stycken mindre NPN-transistorer och en mindre PNP-transistor samt några motstånd.

Då drivs MOSFET'n ordentligt och fungerar samtidig som linjär strömbegränsare, det hela kan switchas av och på med PWM - när bara programmet faller på plats. Och det är nog där det hela stupar i nuläget...