Как эффективно запитать и расположить 100 многокристальных светодиодов 6 разных цветов, каждый из которых работает от собственных транзисторов

Останавливаться. Просто остановись.

Вам нужно научиться управлять светодиодами. Видимо, что вы хотите сделать, это

^{смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab}

где количество светодиодов будет зависеть от напряжения V1 и цвета светодиодов в цепочке. Я прав?

Если да, то вас ждут большие неприятности. Что произойдет, так это то, что светодиоды загорятся до некоторой яркости. Скорее всего, потребляемый ток будет слишком большим, и вы убьете один или несколько светодиодов. Вы должны иметь в виду, что в таблицах данных упоминается диапазон значений для таких вещей, как прямое напряжение, и вы не можете рассчитывать на получение набора «типичных» единиц — если только вы не хотите исправить что-то после того, как что-то пойдет не так. Но допустим, вам повезло, и светодиоды потребляют ровно столько тока, сколько нужно. Что тогда?

Ну светодиоды начнут греться. Когда они это сделают, произойдут две вещи. Во-первых, они станут тусклее. Во-вторых, они начнут потреблять больше тока при фиксированном напряжении. Это приведет к тому, что они станут еще более горячими, что заставит их потреблять еще больше тока, что заставит их стать еще более горячими .... и в конце концов один светодиод сдохнет. Если вам повезет, он выйдет из строя, разомкнув цепь, что спасет остальных, даже если струна будет мертва. Если не повезет, он выйдет из строя закороченным, и ситуация очень быстро ухудшится, и второй выйдет из строя. Если этот один выйдет из строя, третий действительно умрет очень быстро, и процесс будет продолжаться до тех пор, пока все не будут отключены или источник питания не решит, что с него хватит, и отключится. Повышение температуры светодиода называется «тепловым разгоном», а сбой системы — «режимом фейерверка».

Итак, как этого избежать? Просто, вы не подключаете светодиоды напрямую к источнику напряжения. Самый простой способ — добавить в цепочку светодиодов ограничительный резистор, например:

^{смоделируйте эту схему}

Вы спросите, насколько большой резистор? Как минимум, я бы порекомендовал резистор, который падает на 1/4 напряжения питания, хотя я консервативен в этих вещах. Итак, если вы планируете питать цепочку светодиодов на 2 ампера от источника питания 36 вольт, вы можете использовать 4,5 Ом, что приведет к падению напряжения на 9 вольт. Значение не является сверхкритическим, поэтому вы можете обойтись резистором на 5 Ом, что является обычным значением сопротивления. Конечно, тогда у вас будет только 27 вольт для ваших светодиодов, но это сложно. Кроме того, 2 ампера при 9 вольтах составляют 18 ватт, поэтому вам понадобится резистор не менее 20 ватт, а блок большего размера будет лучше (я упоминал, что я консервативен в этих вещах? Я также упоминал, что я летали полезные нагрузки ракет, в том числе и спутник, а у меня ящики ни разу не подводили?Наверное там есть связь.).

Это явно неэффективно. Альтернативой является использование импульсного источника тока, который будет очень быстро включать и выключать светодиод и получать правильное среднее значение. Это будет сделано с относительно небольшим падением напряжения, что означает, что вы можете использовать большее напряжение для светодиодов. Совершенно очевидно, что вы еще не на том этапе, когда сможете спроектировать такую ​​схему, поэтому я действительно не рекомендую вам пока пробовать ее. Вы можете купить коммерческие светодиодные драйверы, которые действительно работают таким образом, и если вы готовы рискнуть, вы можете купить их очень дешево на eBay. Имейте в виду, что дешевые товары поступают напрямую от неизвестных компаний в Китае, и здесь применяется старая поговорка «осторожно, покупатель». Впрочем, это ваш выбор.

Но скажем, вы решили пойти дальше с подходом «сделай сам». Теперь вам нужно определить размер радиатора. Вы заявили, что хотите установить на каждый радиатор светодиод общей мощностью 262 Вт. Если мы сделаем широкое предположение, что светоотдача светодиодов составляет 20%, то мы можем ожидать рассеивания 80% входной мощности в виде тепла, или 210 Вт. Кроме того, мы можем ожидать потери 1/3 мощности светодиода из-за последовательного ограничивающего резистора или еще 83 Вт. Общая тепловая мощность, которую должен отводить радиатор, составляет 290 Вт. Если вы хотите, чтобы температура светодиодов была не более чем на 30 градусов выше температуры окружающей среды (что приведет к их температуре около 130 градусов по Фаренгейту), вам понадобится радиатор с тепловым сопротивлением 0,1 градуса на ватт, поскольку 0,1 умножить на 300 30. На самом деле вам почти наверняка понадобится отдельный радиатор для каждого светодиода, т.к. Я хочу разместить светодиоды больше, чем позволяет один радиатор. Вы можете приобрести такие радиаторы на eBay, и они обойдутся вам примерно в 1 доллар за штуку, а то и чуть больше. Вам также необходимо предусмотреть радиатор для каждого ограничительного резистора. Если вы попытаетесь использовать один радиатор на каждые 262 Вт мощности светодиода, вы обнаружите, что он обойдется вам примерно в 100 долларов или больше, будет большим и тяжелым, И вам обязательно понадобится охлаждающий вентилятор. на каждый радиатор.

Судя по цифрам, источник питания 36 В, 16 ампер (или 3 источника по 5 ампер) будет работать хорошо.

Разбейте Red1 и Red2 на 6 последовательностей светодиодов. 5,5 В * 6 = 33 В

Blue1, Blue2, White на 5 светодиодных цепочек. 6,5 В * 5 = 32,5 В

Red3 может быть выполнен в одной цепочке из 8 светодиодов. 3,8 В * 8 = 30,4 В.
Вы можете использовать диод 1n4007 или 2, чтобы увеличить это значение. 30,4 В + 0,7 В + 0,7 В = 31,8 В

Конечно, это применимо только в том случае, если вам не нужно отдельно управлять каждым набором из 4 светодиодов Red3.

Если вы используете источник постоянного напряжения с резисторами, вам потребуется 19–20 резисторов мощностью 3–5 Вт и сопротивлением 2–4 Ом. В конце концов, каждая струна немного отличается по напряжению.

Некоторыми из этих наборов можно было управлять с одного и того же транзистора. Вроде Blue 2 всего 1,4 Ампера. Это могут сделать многие транзисторы или N-канальный МОП-транзистор. Но у Red 1 8 струн, то есть 5,6 ампер. Потребуется транзистор Beefier или несколько транзисторов меньшего размера.

Вы можете управлять несколькими транзисторами с одного GPIO, предполагая, что базовый ток, необходимый для транзисторов, находится в пределах возможностей вашего GPIO. Мосфет может быть проще.