Za pomocą mikrokontrolera włącz pasek LED

12

Mam 60 diod LED, które były w pasku led . Taśma ledowa o długości jednego metra wymaga:

  • 400 miliamperów
  • 12 woltów

Chcę kontrolować te diody LED za pomocą mikrokontrolera. Myślę o użyciu TIP120 i raspberryPi.

Raspberry Pi GPIO kołek może wyprowadzać 50 mA w sposób ciągły. (Aktualizacja: to nieprawda, patrz poniżej)


Jestem początkującym i nie jestem pewien, czy robię to poprawnie. Wszystkie moje obliczenia opierają się na rzeczach, które czytam na tym blogu .


Matematyka

Prąd podstawowy:

TIP120 ma prąd kolektora lc = 250 * lb, więc potrzebuję prądu podstawowego 1,6 mA.

(1,6mA * 250 = 400)

RaspberryPi nie powinien mieć problemów z prądem bazowym

Rezystor bazowy:

Potrzebuję rezystora wystarczająco niskiego, aby zapewnić, że podstawa TIP120 pozostanie nasycona, ale pozostanie mniejsza niż 50 mA, aby nie przeciążać raspberryPi.

Zgodnie z blogiem, o którym wspomniałem, bazowy opór odnajduję, patrząc na Vbe (sat). Zobacz rysunek 2.

gdzie Vbe (sat) wynosi 400 na osi x, prąd kolektora wynosi około 1,3 na osi y.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jeśli raspberryPi wyprowadza 3,3 wolta, wówczas spadek napięcia wynosi 2 wolty
(3,3 - 1,3)

Tak więc, zgodnie z moimi obliczeniami, potrzebuję rezystora między 4 a 40 omów R = V / I
2 / (0,05 A) = 40 omów
2 / (0,50 A) = 4 omy
(aktualizacja: nieprawidłowa, patrz dół pytania)

Nadal uważam się za amatora i trochę się nad tym zastanawiam.

  • Czy te obliczenia wyglądają poprawnie?
  • Czy TIP120 będzie działać? (wszelkie inne sugestie mile widziane)
  • Czy są jakieś inne uwagi, które powinienem wziąć pod uwagę przy tworzeniu mojego schematu?

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Aktualizacja

Jak wskazano w odpowiedziach, pomnożyłem wartości miliamperów dziesięciokrotnie. Powinienem powiedzieć:
2 / (0,005 A) = 400 omów
2 / (0,050 A) = 40 omów

Aktualizacja 2

Wygląda na to, że pewne maksymalne natężenie, jakie pin na Raspberry Pi może zapewnić, jest trochę mgliste. Dla bezpieczeństwa zakładam, że jest to 8 mA.

/raspberrypi/9298/what-is-the-maximum-current-the-gpio-pins-can-output

/raspberrypi/1130/what-is-the-nominal-gpio-pin-output-current

Aktualizacja 3

Ada Fruit napisała świetny artykuł na blogu, w jaki sposób kontrolować pasek LED za pomocą mikrokontrolera. Zaleca STP16NF06 lub TIP120

https://learn.adafruit.com/rgb-led-strips/usage

spuder
źródło
2
Nie sądzę, że piny GPIO mogą źródła 50 mA. Myślę, że pin szyny zasilającej + 3,3 V może zasilać 50 mA. Myślę, że każde GPIO może zaopatrywać tylko kilka miliamperów. Używałbym MOSFET-a na poziomie logicznym zamiast BJT. Nie musisz się wtedy martwić o prąd ciągły. IRLB8721 to dobry wybór do wielu zastosowań; Myślę, że to zastosowanie się kwalifikuje.
Jon Watte
@JonWatte Dzięki za zwrócenie na to uwagi, jeszcze raz sprawdzę maksymalny prąd, zanim przejdę dalej.
spuder
@JonWatte Obliczenia mocy w projekcie RPi wykazały, że wszystkie GPIO są włączone jednocześnie, każdy 3 mA, łącznie 50 mA. Możesz mieć mniej na dowolnym czasie i zwiększyć prąd. Ponadto, obliczyli dodatkowe 50 mA bezpośrednio z szyny 3,3 V, gdy wszystkie urządzenia peryferyjne są w użyciu (takie jak karta HDMI, Ethernet i SD, wszystkie czerpią z szyny 3,3 V). Tak więc PINS 3.3v bezpośrednio podłączony do szyny 3.3v oraz GPIO 3.3v z BCM SOC są różne.
Passerby
+1 dla początkujących, którzy prowadzą własne badania i docierają prawie do celu, zanim zada pytanie.
pjc50,
@Passerby Wydaje mi się, że spalisz stopień sterownika pinu GPIO, jeśli spróbujesz uzyskać 50 mA z jednego z nich i utrzymasz resztę w stanie bezczynności.
Jon Watte

Odpowiedzi:

6

Już prawie jesteś, kilka rzeczy:

Obliczenie rezystora bazowego jest nieprawidłowe - pamiętaj, że zgodnie z obliczeniami potrzebujesz tylko 1,6 mA (prąd kolektora jest osobny).
Patrząc na arkusz danych, minimalne wzmocnienie wynosi 1000, a maksymalne napięcie emiterów bazowych wynosi 2,5V, co oznacza, że ​​musimy dostosować obliczenia, 1,6mA zrobi dla prądu bazowego (zawsze dobrze mieć dodatkowe dla przełącznika jako wzmocnienie spada przy nasyceniu), ale musimy użyć 2,5 V zamiast 1,3 V w najgorszym przypadku (lepiej jest użyć najgorszego przypadku / maksymalnych wartości do projektowania, chociaż patrząc na wykres wydaje się, że dodatkowe Vbe jest mało prawdopodobne przy tym prądzie, więc gdzieś między dwiema liczbami poniżej powinno być w porządku):

Więc:

(3,3 V - 2,5 V) / 1,4 mA = 570 Ω

lub

(3,3 V - 1,5 V) / 1,4 mA = ~ 1,2 kΩ

Powinno to działać dobrze, ale nie jest to najbardziej efektywny sposób - rozproszenie tranzystora będzie wynosić co najmniej 0,4 A * Vce (sat), co stanowi około 0,4 A * 0,75 V = 0,3 W, a dodatkowo Twój R-pi potrzebuje co najmniej kilka mA, aby go wysterować.
Współczesny MOSFET na poziomie logicznym może być znacznie mniejszy, napędzany (prawie) bezprądowym) i prawie nie rozpraszać się. Oto przykładowa część, FDC637BNZ , wybrana losowo spośród tysięcy w Farnell:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Oli Glaser
źródło
3

0,5A to 500 miliamperów ... Uderzysz swoje Pi. 0,05 to 50 miliamperów. To jest górna granica. Nie musisz tego robić. Jak powiedziałeś, potrzebujesz tylko 1,6 mA. Wzmocnij to trochę, powiedz niezły nawet 5mA. 3,3 - 1,3 = 2 V rezystor musi spaść. 2v / 0,005A (5mA) = 400Ω. Zaokrąglając w górę do następnego największego rozmiaru 470Ω, otrzymujesz ~ 4mA u podstawy.

Pomijając ten błąd matematyczny, TIP120 działa dobrze, nawet jeśli jego przeciążenie dla 400mA, które zabierze pasek ledowy, jest naprawdę dobre. Jest to para darlingtona do zwielokrotnienia prądu. Zwykły pojedynczy tranzystor BJT, taki jak PN2222 (1 Amp w standardowym pakiecie To-92) byłby więcej niż wystarczający. Lub możesz podzielić pasek na dwa lub trzy i użyć kilku 2n3904 (100 ~ 200mA) i sflashować różne sekcje inaczej (Oczywiście będziesz potrzebował równej liczby gpio, chyba że chcesz je wszystkie wysterować z jednego GPIO, który by też działają. Tranzystory równoległe, każdy z własnymi rezystorami podstawowymi napędzającymi mniejsze odcinki paska LED, byłyby dobrym sposobem radzenia sobie z mniejszymi tranzystorami, jeśli nie można uzyskać większych.)

A twój schemat jest wystarczający do wykonania makiety. Jednokolorowy pasek ledowy nie jest zbyt skomplikowanym obwodem do pracy, więc nie ma sposobu, aby go ulepszyć, oprócz używania odpowiednich części zamiast ogólnych symboli zastępczych.

Przechodzień
źródło
Dzięki za złapanie tego. Pisałem na maszynie obliczenia. Zaktualizowałem pytanie poprawnymi informacjami.
spuder
1
Wadą pary Darlington jest stosunkowo wysokie V (CE, sat), które po prostu rozprasza moc w tranzystorze. Zwykły BJT będzie działał znacznie lepiej z tym aspektem. Jak stwierdza @Passerby, nie potrzebujesz bestii takiej jak TIP120, która jest oceniana na prawie 20 razy więcej niż potrzebujesz.
jippie