Schemat sterownika LED - czy to ma sens i jak go przenieść na płytkę ?

[Maretzky85]

Po 2 nieudanych próbach stworzenia sterownika ledowego, i odbiciu się o brak wiedzy postanowiłem w końcu trochę to najpierw zaplanować zamiast YOLO 😉
Zaznaczę, że nie jestem specjalnie biegły w elektronice, nie zrobiłem jeszcze 2 kursu podstawowego, ale jakiś background elektryczny mam 🙂

Prośba do Was o sprawdzenie czy moje myślenie jest tu poprawne.

Pasek ledów pobiera max 40W w sumie. Są 4 linie, co daje po 10W na każdy "kolor" (RGBW). Przy zasilaniu 12V daje nam 0,83A prądu.

Chcę zastosować tranzystory BC639, które jeśli dobrze odczytałem notę katalogową są w stanie przenieść do 1A i (znowu) jeśli  dobrze zrozumiałem notę katalogową przy ~700 mA mają beta na poziomie 80. Dalej idąc - sterować chcę 5V, więc wyliczyłem prąd na bazie dodając 0,7V, że powinien wynieść max 11mA, co jeśli dobrze obliczyłem powoduje, że muszę wsadzić 570 ohmowy rezystor na wejściu bazy.

Nie mam zielonego pojęcia natomiast czy te wyliczenia są poprawne i czy prąd z 5V i prąd z 12V powinienem liczyć tak samo, czy jednak, ponieważ jest wspólny emiter to trzeba tam zastosować jeszcze jakąś magię ?

Celem wyjaśnienia:
T1-T4 (nie jestem pewien czy to poprawne oznaczenia tranzystorów i czy nie powinno być np Q ?) - BC639
R1-R4 - 560 ohm
R5 - 10k
IR Rec - odbiornik podczerwieni
PH R - fotorezystor.
Oznaczenia w kółkach A cośtam - nóżki arduino nano.

Drugie pytanie - jak to przenieść na płytkę uniwersalną z głową ? dwa razy próbowałem i zawsze mi wychodziło spagetti mniejsze lub większe...
Z góry dziękuje za odpowiedzi/podpowiedzi 🙂

Edytowano Styczeń 26, 2020 przez Maretzky85
Czytelność

[marek1707]

Ogólnie dobrze myślisz, dobrze liczysz oporniki, prądy itd, ale zapomniałeś o mocach traconych na ciepło. O tym zwykle się zapomina robiąc pierwsze w życiu podejścia do projektowania i będąc zapatrzonym w prądy i (osobno) napięcia. Wybrane przez Ciebie tranzystory rzeczywiście potrafią przepuścić 1A przez kolektor i to jest pułapka w którą wpadłeś mając klapki na oczach. To małe, plastikowe pypcie, które nie są przeznaczone do grzania się. Ich rezystancja termiczna 200°C/W (typowa dla tego typu obudów) oznacza, że każdy Wat mocy wydzielony w strukturze krzemowej spowoduje jej podgrzanie o 200°C. No, to jakby zamknąć się w termosie i rozpalić ognisko. Ponieważ na pewno nie chcesz by tranzystorek miał w środku więcej jak 80°C (przy temperaturze w pokoju załóżmy 20°C) to prosty wniosek, że nie możesz dopuścić do strat większych niż jakieś 0.3W. Dla przypomnienia: moc ta bierze się z sumy iloczynów wszystkich porądów i napięć na tranzystorze. A teraz wróć do wykresów i zacznij od początku. Wzmocnienie dla prądu 800mA firma gwarantuje ok. 30. Są tam co prawda trzy linie i jedna obiecująco szybuje na wysokości ok. 80, ale jeśli dobrze rozumiem dotyczy ona tranzystorów z najwyższej grupy (przyrostek "-16") a o takich nie piszesz. Co gorsza, cały wykres został zrobiony dla Vce=2V a to oznacza, że tranzystor jest w zasadzie jeszcze w obszarze pracy liniowej. Proste obliczenie i 2V*800mA=1.6W co powoduje szybkie stopienie struktury i nieodwracalne uszkodzenie elementu. Ponieważ bardzo tego nie chcesz, musisz go przesterować znacznie bardziej co wiąże się ze znacznym wzrostem prądu bazy względem przypadku pracy jako wzmacniacz liniowy. Wykresy pokazujące napięcie nasycenia (czyli to czego tygrysy potrzebują najbardziej gdy robią klucze tranzystorowe) bazują już na wzmocnieniu.. 10. Wtedy masz Uce(sat) rzędu 250mV, co dla przy prądzie 800mA daje rokujące 0.2W. Niestety, prąd bazy też nie jest "niewidzialny". Przy wzmocnieniu 10 musisz do bazy wepchnąć 80mA podnoszące Ube na pewno powyżej 1V, co daje nam dodatkowe 0.08A*1V=80mW dodające się do ogólnej mocy strat. Jesteś już zatem na poziomie niebezpiecznie bliskim (0.28W) wyznaczonego limitu 0.3W i Twoje biedne BC639 będą parzyć w palce nawet przy założeniu, że będziesz umiał je dobrze wysterować. A niestety, prądu 80mA nie uzyskasz z pinów Arduino, zatem - kolejny stopień, tym razem na jakimś mniejszym pnp? Zabawa powoli traci sens..

Nauka z tego jest taka, że biorąc pod uwagę osobno parametry wyczytane z karty katalogowej czasem sprawy wyglądają dobrze, ale gdy zauważysz, że to wszystko skupia się w danym elemencie jednocześnie, to zwykle wychodzisz gdzieś poza krótką kołderkę (poczytaj o tzw. SOA - Safe Operating Area tranzystorów, nie jest ograniczone jedynie maksymalnym napięciem i prądem, ale bardzo poważnie mocą). Ogólny wniosek jest prosty: elementy dobierasz z bardzo dużymi marginesami. Jeżeli potrzebujesz tranzystora pracującego z 800mA prądu stałego, to bierzesz taki umiejący 3-5A. Obudowa jego będzie już przystosowana do oddawania ciepła i masz pewność, że nie będziesz zbliżał się do jego katalogowych ograniczeń, gdzie zwykle większość parametrów leci na łeb. Po drugie sprawdzasz warunki pracy i wymagane sterowanie w tych warunkach. Ze swojej strony proponuję jakieś MOSFETy. Nawet te zupełnie małe nie potrzebują w takiej aplikacji żadnego prądu z pinu więc problem dodatkowego drivera bazy znika. 5V otrzymywane z typowego Arduino wystarcza także do dobrego otwarcia w miarę nowego MOSFETa więc nawet z napięciem sterującym nie musisz podjeżdżać do góry. Wybierz coś ze sklepu i pokaż swój typ, w miarę możliwości skrytykujemy dokumentnie 😉 Albo znajdź jakieś bipolarne (jeżeli jesteś do nich naprawdę przywiązany), dla których te 0.8A to będzie kaszka z mleczkiem (20-30% tego co mogą?) i gdzie umieją zachować jeszcze jakieś sensowne wzmocnienie (100?). Wtedy policz prądy baz i jeśli wyjdzie 10mA lub mniej, procek będzie bezpieczny i możesz zaczynać budowę.

---------------------------------------------------

EDIT: Schemat, mimo że urąga wszelkim regułom rysowania tego typu dokumentacji, jest topologicznie poprawny. Następnym razem postaraj się przynajmniej zrobić to tak, by sygnały płynęły z lewej na prawą, masa zasilania była na dole a plus na górze. Fotorezystor ma swój symbol (i nie jest to kółko), Arduino, taśmę LED i odbiornik podczerwieni powinieneś narysować w formie prostokątów z sygnałami po lewej i/lub prawej stronie i zasilaniami ew. na górze (plus) i na dole (masa). Obecny twór wygląda jakbyś próbował mówić do nas po czesku - da się zrozumieć, ale zabawy (a co gorsza nieporozumień) przy tym sporo..

Edytowano Styczeń 27, 2020 przez marek1707

[Maretzky85]

Jestem niesamowicie wdzięczny za tak merytoryczną odpowiedź. Do weekendu przeczytam jeszcze ze 20 razy, spróbuje zaaplikować do schematu w celach ćwiczeniowych i pewnie pojadę po mosfety jak już się dowiem o co dokładniej z nimi chodzi ^^
Spróbuje narysować schemat bardziej "po ludzku" 🙂 i się odezwę z nowymi danymi 🙂