Control de corriente para displays 7 segmentos

[dom124]

Buenas! tengo un par de dudas que me gustaría discutir y plantear para analizarlo según lo que estoy probando...
En primer lugar, me encargaron hacer un tanteador deportivo en el cual tengo 8 displays 7 segmentos, ánodo común.
Compre leds flats, debido a su angulo de apertura y su alto brillo.
Cada segmento de cada dígito, tiene doble fila, y cada uno de ellos es un paralelo de dos filas, y en este caso son todos iguales y son 2 paralelos de 5 leds en serie.
Para cada segmento, mire en el datasheet de los leds, que su Vf max es de 2.6 V. por lo que tengo, 5*2.6V = 13V.
Ademas, en cada serie quiero que la corriente sea de 20mA. entonces tengo: 2*20mA (por segmento) = 40mA * 7 = 280mA por digito.

Si tengo 8 displays, tengo un total de 8* 280mA = 2240 mA. y voy a necesitar un trafo de por lo menos 15 V 3A...
Ahora bien, el conexionado de todo esto, lo hago mediante registros de desplazamientos y ULN en los cátodos de cada segmento y en el ánodo, directamente lo conecto a VCC (15V), debido a que los reg. de desplazamientos (74hc595) tienen latch, tengo una rutina de refresco de todos los displays cada 250 ms.

Después de una explicación de lo que tengo puesto en el hard, vienen las consultas y dudas...
Como la tension Vf de cada led no es igual y ademas tampoco en todos es de 2.6 V, los cálculos que puedo hacer son bastante arbitrarios, es decir que a lo mejor solo tengo varios volts menos que los 13 que calcule. Entonces, ya tendría que ir viendo donde se ajusta mejor una vez que conecte todo. Aquí viene la duda en cuanto a que si tendría una fuente de corriente constante, y una tensión por ejemplo de 24 V, podría incluso variar el tamaño de algunos de los displays (por ej. los de tiempo que generalmente son mas grandes que los tanteadores). Alguna idea de algún circuito que pueda implementar?? o la solución sigue siendo el ajuste de las resistencias según su caída en cada display?

Por otro lado, como no estoy usando multiplexado en sus anodos, tampoco estoy seguro de que sea lo correcto. Vi en varios productos que lo realizan con tensión de ánodo fija como lo estoy haciendo yo, ya que también hay que tener en cuenta que este tipo de productos se encienden un par de hs y no todos los días...
Ahora, me pidieron de realizar los displays un poco mas grandes, mas precisamente del doble, por lo que, la corriente de cada dígito va seguir siendo la misma, pero voy a tener algunos displays con mas leds que otros...

Les dejo un diagrama de que es lo que tengo hoy puesto así lo analizamos y escucho sus sugerencias / dudas / criticas.

En el mismo, aclaro, que manejo solo 2 registros en cascada, es decir, que al microcontrolador van 3 lineas de control por cada 2 displays.

Saludos

[Chaly29]

Hola dom124

Después de una explicación de lo que tengo puesto en el hard, vienen las consultas y dudas...
Como la tension Vf de cada led no es igual y ademas tampoco en todos es de 2.6 V, los cálculos que puedo hacer son bastante arbitrarios, es decir que a lo mejor solo tengo varios volts menos que los 13 que calcule.

Varios volt menos? pero si solo tienes 5 led en serie, como mucho puedes tener un volt menos, y de todas maneras esto no influye mucho, de última le ajustas la resistencia un poco. Pero desde ya te digo que nos tanta la diferencia.

Entonces, ya tendría que ir viendo donde se ajusta mejor una vez que conecte todo. Aquí viene la duda en cuanto a que si tendría una fuente de corriente constante, y una tensión por ejemplo de 24 V, podría incluso variar el tamaño de algunos de los displays (por ej. los de tiempo que generalmente son mas grandes que los tanteadores).

Fuente de corriente constante? Complicado, costoso y completamente innecesario.
Ajusta la resistencia y listo. Lo haces en un segmento y el resto son todos iguales.

Por otro lado, como no estoy usando multiplexado en sus anodos, tampoco estoy seguro de que sea lo correcto. Vi en varios productos que lo realizan con tensión de ánodo fija como lo estoy haciendo yo, ya que también hay que tener en cuenta que este tipo de productos se encienden un par de hs y no todos los días...

Deberías de hacerlo multiplexado, ahorras muchos costos y sencilles de diseño, a cambio de una leve complicación extra a nivel programación.

Ahora, me pidieron de realizar los displays un poco mas grandes, mas precisamente del doble, por lo que, la corriente de cada dígito va seguir siendo la misma, pero voy a tener algunos displays con mas leds que otros...

Misma tensión para todos, y se ajusta la resistencia a la nueva tensión. O usas fuente de mayor corriente y usas 4 paralelos de 5 led por cada serie y por cada segmento.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[dom124]

Después de una explicación de lo que tengo puesto en el hard, vienen las consultas y dudas...
Como la tension Vf de cada led no es igual y ademas tampoco en todos es de 2.6 V, los cálculos que puedo hacer son bastante arbitrarios, es decir que a lo mejor solo tengo varios volts menos que los 13 que calcule.


Varios volt menos? pero si solo tienes 5 led en serie, como mucho puedes tener un volt menos, y de todas maneras esto no influye mucho, de última le ajustas la resistencia un poco. Pero desde ya te digo que nos tanta la diferencia.

Es cierto, el peor de los casos, serian los leds con una Vf min de 1.8V * 5 son 9V... lo único que me haría es hacer dudar en el voltaje a comprar del trafo, pero obviamente hay que tomar la peor condición y ajustar como lo sugerís.

Entonces, ya tendría que ir viendo donde se ajusta mejor una vez que conecte todo. Aquí viene la duda en cuanto a que si tendría una fuente de corriente constante, y una tensión por ejemplo de 24 V, podría incluso variar el tamaño de algunos de los displays (por ej. los de tiempo que generalmente son mas grandes que los tanteadores).


Fuente de corriente constante? Complicado, costoso y completamente innecesario.
Ajusta la resistencia y listo. Lo haces en un segmento y el resto son todos iguales.

Perfecto, era una duda bastante grande que tenia! jaja... Gracias!!

Por otro lado, como no estoy usando multiplexado en sus anodos, tampoco estoy seguro de que sea lo correcto. Vi en varios productos que lo realizan con tensión de ánodo fija como lo estoy haciendo yo, ya que también hay que tener en cuenta que este tipo de productos se encienden un par de hs y no todos los días...


Deberías de hacerlo multiplexado, ahorras muchos costos y sencilles de diseño, a cambio de una leve complicación extra a nivel programación.

Bien, una sola duda me surge aquí... yo tengo una rutina de interrupción por timer, la cual hace que cada 250 ms se recarguen los valores de los registros de desplazamiento... esto lo podría dejar tal y como esta no?... Lo único seria poner un transistor por cada ánodo de los displays que se banque al menos el doble de la máxima corriente de cada display e ir encendiéndolos cada 20 ms aprox...? con esto logro reducir el consumo total y el trafo puede ser menor en corriente... Estoy encaminado no?

Ahora, me pidieron de realizar los displays un poco mas grandes, mas precisamente del doble, por lo que, la corriente de cada dígito va seguir siendo la misma, pero voy a tener algunos displays con mas leds que otros...


Misma tensión para todos, y se ajusta la resistencia a la nueva tensión. O usas fuente de mayor corriente y usas 4 paralelos de 5 led por cada serie y por cada segmento.

Perfecto muchas gracias!

Un saludo y gracias por la pronta respuesta!  .

[Chaly29]

Hola dom124, pues en un multiplexado la frecuencia del mismo no puede ser menor a los 50Hz, aunque te recomiendo una frecuencia de entra 75 y 100 Hz.

Partiendo de lo anterior, 1/75 = 13.3 mseg, por lo que debes de refrescar todos los dígitos en un tiempo máximo de 13.3mseg.

Como tu tienes que multiplexar 8 dígitos, el tiempo quedaría en 13.3/8 = 1.6625 mseg por cada dígito, lo cual es un poco bajo y perdería mucha luminosidad de parte de los led.

Por lo tanto te recomendaría que multiplexes de a 2 dígitos por cada ves, el tiempo en ON se eleva al doble y el brillo también.

Como hacemos esto, lo mejor es programar una interrupción por medio de algunos de los TMR así el periodo es exactamente el mismo para todos los segmentos, esto beneficia mucho en liberar al micro del procesado del tiempo y en que todos los dígitos poseerán el mismo tiempo y por lo tanto el mismo brillo final.

Entonces se dedican 4 pines del micro a "seleccionar" que par de dígitos se deben de encender alimentando con positivo sus ánodos.

Y luego usas 2 puertos enteros, para enviar a los cátodos (ULN mediante) de cada dígito la señales correspondientes, el uso de dos puertos enteros es beneficioso para que el micro no necesite de tanto procesamiento de la ubicación de los pines asignados a cada segmento.

Como implementas esto, con el siguiente circuito:

Multiplexado.png
(14.13 kB, 1949x743 - visto 1630 veces)

Como verás es un circuito bastante sencillo.

Rx se calcula así:

(Tensión de Vcc - 2V) / 0.007 = XXX ohms

Con este método, la resistencia serie para cada segmento se calcula para que por los led circule el doble de la corriente nominal, o sea en tu caso sería 40mA por cada serie de 5 led's. (no te asustes, no se queman mientras el led no quede encendido de manera continua).

Cualquier duda me la consultas.

Un saludo.

Atte. CARLOS.

[dom124]

Muchísimas gracias por tu explicación Carlos, la verdad que estoy muy agradecido con todo.

Solo a modo de aprender y para ver si lo estoy relacionando bien. Cuando calculas Rx como (Tensión de Vcc - 2V) / 0.007 = XXX ohms

Los 2V que le restas son de la tensión Base-Emisor, y lo dividís por esa corriente 7 mA (corriente de base del TIP?) ya que estarías tomando según la hoja de datos la corriente de colector con pulsos (ICP Collector Current (Pulse) - 8 A) entonces como Ic = B.Ib con B=1000, la formula que aplicas para la Rx sale de hacer ese analisis?. Esto es así? o le erre feo?? jajja..

Saludos y gracias de nuevo. Buen fin de semana!
 

[Chaly29]

Hola dom124

Solo a modo de aprender y para ver si lo estoy relacionando bien. Cuando calculas Rx como (Tensión de Vcc - 2V) / 0.007 = XXX ohms

Los 2V que le restas son de la tensión Base-Emisor, y lo dividís por esa corriente 7 mA (corriente de base del TIP?) ya que estarías tomando según la hoja de datos la corriente de colector con pulsos (ICP Collector Current (Pulse) - 8 A) entonces como Ic = B.Ib con B=1000, la formula que aplicas para la Rx sale de hacer ese analisis?. Esto es así? o le erre feo?? jajja..

Es exactamente como lo explicas, pero yo e tomado una corriente de colector de 5A (debería sobrar)
Los 2V es la caía aproximada del TIP125 y del BC548, sumadas.
Y con un B=1000, nos quedaría una corriente de base de 5mA, le di un 40% más por si el transistor no posee una B=1000. Entonces la corriente de base sería de 7mA.
Pero es exacto a lo que dices, con los valores que acabo de aclarar.

Un saludo.

Atte. CARLOS.