Alimentare High Power LEDs controllati da Arduino

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#1

Salve a tutti. Il progetto che sto elaborando prevede che Arduino sia in grado di accendere e spegnere (NON dimmerare, non mi interessa il PWM, solo ON/OFF) 18 led da 1w di vari colori e 2 led da 3w bianchi, finalizzati a fornire lo spettro di luce necessario alla crescita di alcuni cactus specifici (Saguaro, non pensate a male :))
Sono presenti 2 led per ogni tonalità di colore (2xBlu1, 2xBlu2, 2xVerde, 2xRosso1, 2xRosso2, 2xRosso3, 2xInfraRosso1, 2xIR2, 2xIR3, tutti da 1w; 1xBianco1, 1xBianco2 entrambi da 3w), totali 20.
Tutti i led da 3w (bianchi) richiedono 700mA, quelli da 1w 350mA.
I led blu, i verdi e quelli bianchi richiedono 3.2-3.4 V; tutti i rossi e gli infrarossi 1.9-2.2 V.
I led devono accendersi in base al tempo definito da un modulo RTC.
Blu1, Blu2, IR1, IR2 si accendono sempre.
Bianco1 si accende solo in Fase1.
Bianco2, Rosso1, Rosso2, Rosso3 si accendono solo in Fase2.
IR3 ha un programma speciale.
Verde è su richiesta, ed interagisce con il programma speciale.

Il problema che si origina riguarda l'alimentazione dei led e di Arduino. Originariamente pensavo di agganciarmi ad un trasformatore AC/DC 12V 60W, collegandolo direttamente ad arduino e, con le opportune resistenze, anche ai led. Questo comporterebbe surriscaldamento delle resistenze e poca efficenza.
Ho ricercato alternative, sono venuto a conoscenza del ZXLD1350, ma non saprei proprio come usarlo. Mi sono imbattuto nella seguente guida

Il passo 6 sembrerebbe il sistema più economico. Altrimenti si potrebbe ricorrere a degli opportuni LED Drivers AC/DC o DC/DC o non so cos'altro.
Il problema del costo è abbastanza importante, ma meno di quello dell'affidabilità.
Nel piano iniziale (quello di utilizzare le resistenze), pensavo di pilotare i led usando un Mosfet IRF 540N. Se utilizzassi dei driver AC/DC suppongo dovrei porre un Relé prima del driver mentre con un driver DC/DC un mosfet andrebbe comunque bene.
Ho tutta una serie di prodotti che ho trovato e non so se possono soddisfare le mie esigenze, visto che sono nuovo di questo mondo.
Per qualsiasi delucidazione sono a disposizione.

#2

Dalla tua descrizione, vedo che hai bisogno di 5 linee di alimentazione indipendenti, quindi usando i MOSFET (usa gli IRL invece degli IRF) te ne servono 5, connessi a 5 pin.
Se parti da 12 V certo che i resistori dissipano molto calore... ti conviene usare due alimentatori separati, dedicando ai LED un alimentatore da 5 V.
A questo punto avrai i 5 MOSFET, all'uscita di ogni MOSFET connetti il gruppo di LED in parallelo, ogni LED con il suo resistore.
Questo è il modo più semplice.

#3

Oltre ad essere il più semplice è anche il migliore? Sia in termini di costi (e parrebbe di si smiley) ma soprattutto di efficenza e calore.
Che differenza c'è tra gli IRF e gli IRL?

Io pensavo di utilizzare dei power driver che si attaccano alla 12v, tipo questi
http://www.ledfedy.com/products/led-drivers/12v-input-led-driver-for-1w-led-898.html

#4

Quelli sono i driver che di solito ci sono all'interno dei faretti a led (quelli con l'attacco MR16) ... se devi pilotare led diversi, c'e' di meglio, ed inoltre puoi anche fare serie e paralleli per dissipare meno energia.

Esattamente, che tipo di led devi usare ? ... hai delle sigle, un link o un datasheet, cosi possiamo suggerirti la migliore soluzione possibile ?

EDIT: piu che altro, quali sono i gruppi di led ... se ad esempio hai 3 led da 1W che si devono accendere insieme, la cosa piu logica e' usare un driver da 3W, configurazione 3x1W serie, invece che 3 driver da 1W separati ... e cosi via ...

#5

http://www.ledfedy.com/products/1-500w-led/1w-led/1w-uv-led-430-440nm-with-star-pcb-1490.html
Questo è uno dei led da 1w
http://www.ledfedy.com/products/1-500w-led/3w-led/3w-white-led-6000-6500k-220-240lm-with-star-pcb-724.html
Questo è uno dei led da 3w

Ci sono due fasi.
Blu1, Blu2, IR1, IR2 si accendono sempre.
Bianco1 si accende solo in Fase1.
Bianco2, Rosso1, Rosso2, Rosso3 si accendono solo in Fase2.

Questi sono i 3 gruppi da pilotare con mosfet. In ogni gruppo ci sono leds con esigenze diverse.

#6

Siberio:
....
Ci sono due fasi.
Blu1, Blu2, IR1, IR2 si accendono sempre.
Bianco1 si accende solo in Fase1.
Bianco2, Rosso1, Rosso2, Rosso3 si accendono solo in Fase2.

Questi sono i 3 gruppi da pilotare con mosfet. In ogni gruppo ci sono leds con esigenze diverse.

L'importante e' la CORRENTE richiesta, perche' se la corrente e' la stessa, anche con led di tipi diversi, li puoi mettere in serie tranquillamente (i drivers regolano la tensione di uscita in funzione della limitazione di corrente, non l'opposto) ... l'unica cosa importante e', ovviamente, non mettere in serie led con correnti diverse :wink:

Quindi ad esempio, se blu1, blu2, ir1 ed ir2 si devono accendere sempre insieme e sono tutti da 1W, li metti in serie ed usi un driver da 3 / 4W per led in serie con 350mA di corrente, che ti possa garantire almeno 12V in uscita, ad esempio http://www.ebay.com/itm/AC-DC-12V-Input-280-300mA-LED-Constant-Current-Driver-MR16-4X1W-/170975039629?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item27cee8108d o simili ... il gruppo 2 e' un singolo led da 3W, se ho capito bene, quindi uno di questi http://www.ebay.com/itm/2PCS-MR16-Power-Driver-1x-3-W-Watt-LED-Light-Lamp-DIY-/180839905465?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2a1ae5f8b9 dovrebbe bastare (sono due, il secondo lo usi per il gruppo 3) ... il gruppo 3 richiede per forza 2 driver diversi, perche' c'e' un led da 3W (che puoi alimentare con il secondo driver del link di prima) e 3 led rossi da 1W (che puoi mettere in serie ed alimentare con un'altro driver come il primo, oppure con uno per 3 led da 1W tipo questo http://www.ebay.com/itm/2pcs-MR16-3X1W-led-driver-11-18V-dc-to-9-11V-DC-320mA-for-LED-lamp-repaire-DIY-/221253255161?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3383b8bff9 o simili ...

Nota una cosa, tutti quelli che ti ho linkato sono per alimentazione AC/DC, hanno un ponte di diodi e quindi e' indifferente la polarita' con cui li alimenti (il che per connessioni remote con fili lunghi e' una comodita') ... se ne prendi di tipi diversi, controlla che ci sia il ponte di diodi in ingresso (che siano specificati per 12V AC-DC), altrimenti devi fare attenzione alla polarita' con cui li alimenti :wink:

Ci sono drivers migliori, ma sono per alimentazione a 220V, ed ho visto che vuoi usare mosfet, non rele, quindi non andrebbero bene.

#7

Siberio:
Che differenza c’è tra gli IRF e gli IRL?

Salve,un bel 3d, mi incuriosisce la domanda ed ovviamente la riposta.

#8

La principale differenza e' la tensione di gate richiesta per la commutazione completa ... in genere (perche' dipende dal modello) gli IRF sono per uso "industriale" e richiedono una tensione di gate maggiore, tipicamente si usano su circuiti in cui puoi disporre di 12 o piu Volt ... gli IRL (o in genere i cosiddetti "logic-level" mosfet), possono commutare anche con tensioni di gate di 3 o 4 V, o anche minori, dipende dai modelli, e quindi possono essere usati in circuiti a bassa tensione e venire pilotati direttamente dalle uscite a 5V del micro ...

#9

Grazie per la delucidazione Etemenanki! Eppure da quanto avevo capito IRF540N, proprio perché di tipo N, poteva essere pilotato da ardino ed i suoi 5v.
Quindi con questi drivers posso collegare leds che hanno esigenze di V differenti purché uguali in A.
In realtà potrei anche utilizzare moduli relé al posto dei mosfet, l'importante è che sia pilotabile tramite arduino quindi non c'è problema.
Il driver che avevo linkato io era comodo più che altro poiché lavorava su 12v DC-DC.
Ma non c'è il rischio che, se si brucia uno dei led della serie, se ne brucino anche altri? O semplicemente la serie smette di funzionare?

#10

Potresti, ma per comandare i relè sarebbe bene usare dei transistor (o anche dei MOSFET) quindi tanto vale...
Per i MOSFET: cambia la sigla iniziale, IRL invece di IRF, poco importa il fatto che siano a canale N, per essere sicuro di lavorare in saturazione con 5 V al gate è necessario usare quelli con la sigla IRL.
Il guaio dei collegamenti in serie è proprio quello che citi tu, in compenso il circuito è più semplice. Io preferisco in questi casi lavorare in parallelo, mettendo un resistore per ogni LED e pilotando il parallelo con un MOSFET.

Ti servono 5 MOSFET da comandare tramite 5 pin:

Blu1, Blu2, IR1, IR2 si accendono sempre ---> gruppo 1, MOSFET 1
Bianco1 si accende solo in Fase1. ---> gruppo 2, MOSFET 2
Bianco2, Rosso1, Rosso2, Rosso3 si accendono solo in Fase2. ---> gruppo 3, MOSFET 3
IR3 ha un programma speciale. ---> gruppo 4, MOSFET 4
Verde è su richiesta, ed interagisce con il programma speciale. ---> gruppo 5, MOSFET 5

i gruppo 2, 4, 5 sono in realtà composti ciascuno da un solo LED
i gruppi 1, 3 sono composti da quattro LED ciascuno e qui entra il discorso serie o parallelo, driver o resistori... ma visto che sono pochi LED, tutto sommato, avrai comunque un circuito abbastanza semplice.

#11

Be', se li usa in parallelo con resistenze indipendenti e calcola la resistenza in base alla corrente, avra' meno problemi di driver ... ma anche nessuna regolazione delle correnti ... in compenso se si brucia un led, gli altri non ne risentono (se sono in serie, se uno va in corto non succede nulla perche' il driver regola la corrente sul nuovo carico, pero' se si apre si spengono anche gli altri)

Nel caso volessi usarli in parallelo, prenditi un'alimentatore per i led con abbastanza corrente, e tensione bassa ... tipo ad esempio questo http://www.ebay.com/itm/5V-5A-25W-Regulated-Switching-Power-Supply-/281140853488?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item41754cfaf0 ... o questo http://www.ebay.com/itm/AC-100V-240V-Converter-Adapter-DC-5V-6A-30W-Power-Supply-Charger-DC-5-5mm-New-/350794853008?pt=US_Server_Power_Supplies&hash=item51ad00aa90 ... o un'altro simile

#12

Forse sarebbe meglio andare sui 10 A come alimentatore, se sono 18 LED da 350 mA e due LED da 700 mA (io ne metterei uno da 15 - 20 A ma tutti mi dicono sempre che in queste scelte sono esagerato... ma come disse Oscar Wilde, quando tutti sono d'accordo con me, ho la sensazione di aver torto XD ).

#13

L'idea di mettere un singolo driver per ogni singolo led è così tanto malsana? Tutti in parallelo e governati con 5 mosfet esattamente come ha detto paulus (che era ciò che avevo in mente), ognuno col suo regolatore di corrente.
Preferisco avere la certezza che se si brucia un led, si brucia un solo led; poiché alcuni di questi non costano proprio poco per essere dei semplici led, vorrei garantir loro la maggior autonomia possibile.

#14

No , secondo me non è malsana, visto che fai numero un piccolo lotto di 20 pezzi è sufficiente, te ne bastano 9 quindi te ne rimangono 11, ti vengono solo 8 euro ,
rimangono quelli da 3watt ma se devi devi ancora comperarli scegli 3 da 1watt quindi questi 2 driver ce li hai già

ti servono 11 mosfet per pilotare gli 11 rami in maniera singola, un alimentatore 12v 50watt e sei a posto

#15

Visto che si parlava di mettere in paralello dei LED:
NON si puó mettere in paralello dei led senza dispositivo di limitazione della corrente per ogni singolo LED.

Visto che l' alimentazione é di 12V puoi mettere 2 o 3 in serie su un unico driver (devi controllare se le tensioni bastano per 3 in serie senó 2).
Ciao Uwe

#16

Io intendevo ogni led con la sua resistenza, calcolata in funzione della caduta di tensione di ogni led :stuck_out_tongue: ... e poi usare 3 o 4 mosfet per alimentarci i gruppi ... in questo modo, se si brucia un led, smette di funzionare solo quello ... inoltre, per evitare qualsiasi problema dovuto ad un eventuale cortocircuito di un led (non succede quasi mai, ma quasi non vuol dire mai, quindi meglio prevenire) si puo mettere un fusibile per ogni led ... ed alimentando il tutto a 5V, la dissipazione extra di potenza sarebbe ridotta ...

Ad esempio, led da 1W IR, caduta 2V circa, richiede max 350mA ... 8,57 ohm, dissipazione 1.05W, resistenza da almeno 2W ... siccome 8.57 ohm non esiste, puoi usare 9.1 ohm, che ti da una corrente di circa 330mA, cosi stressi il led di meno ... lo stesso per quelli rossi ...

led da 1W verdi e blu, caduta media 3.3V ... 4.85 ohm, dissipazione circa 0.6W, resistenze da 1 o 2 W ... 4.85 ohm non esiste, ci sono 4.7 ohm (corrente di circa 362mA) o 5.6 (corrente di circa 300mA) ...

Led bianchi da 3W, richiedono circa 700mA , caduta media di 3.3V ... resistenza da 2.42 ohm, dissipazione di circa 1.2W, resistenze da almeno 2W ... siccome 2.42 non c'e', puoi usare 2.7 ohm, per una corrente di circa 630mA ...

Ovviamente i valori sono riferiti ad un'alimentazione di 5V ... se usi un'alimentatore di tipo "industriale", come ad esempio questi http://www.ebay.com/itm/Switch-Power-Supply-100-240V-AC-to-5V-DC-10A-50Watt-/110732999953?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item19c8337d11 o simili, hanno un trimmer che ti permette di regolare la tensione di uscita di un + o - 15%, quindi si puo compensare un po la corrente inferiore ...

Ovviamente lavorando sui 5V, devi usare i mosfet logic-level ... ad esempio, questi sono abbastanza buoni per quel tipo di utilizzo http://www.ebay.com/itm/7pcs-IRL3803-L3803-Power-MOSFET-/181207910608?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2a30d548d0 ... RdsON di 7 milliohm, soglia di gate 1V, corrente di picco 140A (tipica continua 70A) ... e pure economici, 7 per circa 10 dollari :wink:

Ricordati comunque di dissipare abbondantemente i led, se non vuoi rischiare di friggerli ... e' la cosa piu importante, quando si usano led di potenza ... anche se non costano molto, e' sempre una rottura doverli sostituire :wink:

#17

Ho predisposto un piccolo dissipatore per ogni led, sebbene siano star mounted.
Devo dire che, quando ho aperto questa discussione, avevo una MINIMA idea di cosa fare. Ora sono abbastanza confidente di aver capito (abbastanza bene) le opzioni che ho a disposizione. Per questo ringrazio tutti moltissimo, grazie per aver perso tempo a spiegarmi tutto.
Giusto per curiosità, non vorrei risultare invadente, ma come siete arrivati ad accumulare conoscenza in questi settori? Lavoro, studio o passione personale?

#18

Penso un po di tutto ... non posso parlare per gli altri, ma l'elettronica per me e' sia una passione, sia un lavoro (ed ovviamente ci ho anche studiato su :wink: XD) ... comunque, senza la passione non si va molto lontani, a mio personale parere :wink:

EDIT: attenzione che lo "star" non fa da dissipatore piu di tanto, specie con i led di quelle potenze ... il suo compito principale e' quello di facilitare l'accoppiamento meccanico e la dissipazione termica fra il led ed il dissipatore ... se alimenti uno dei led da 3W tenendo in mano la star, in pochi secondi ti renderai conto di cosa intendo (occhio alle scottature :wink: :P)

#19

http://www.ebay.it/itm/181110358020?ssPageName=STRK:MEWNX:IT&_trksid=p3984.m1497.l2649
Un dissipatore così può bastare per un led?

#20

Temo di no, a meno che non restino accesi un minuto o anche meno ... se li devi lasciare accesi per ore, meglio qualche dissipatore per CPU, anche vecchi, con relative ventoline ... ad esempio quelli per pentuim 2 o 3, o quelli per socket 370 o AMD vecchi ... nelle fiere dell'elettronica te li tirano dietro a un tanto al chilo ...

Se invece li devi usare senza ventole, serve che siano piu grossi ed in posizione ventilata ...

EDIT: ad esempio, su questi ci puoi montare anche 3 o 4o led da 1W, o un paio da 3W (fissare bene ed usare pasta termica e viti M2.5 adeguate, oppure adesivo termoconduttore al posto delle viti, ma poi a sostituirli e' piu difficile) ... http://www.ebay.com/itm/New-and-nice-CPU-Heatsink-fan-socket-754-939-940-K94-for-AMD-Athlon-64-HK-/190816804403?pt=CPUs&hash=item2c6d915e33