Suuritehoiset LED -ohjainpiirit: 12 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:03

Suuritehoiset LEDit: valaistuksen tulevaisuus!

mutta… miten käytät niitä? mistä niitä saa? 1 watin ja 3 watin Power LEDit ovat nyt laajalti saatavilla $ 3-$ 5 alueella, joten olen työskennellyt viime aikoina joukon projekteja, jotka käyttävät niitä. prosessissa minua vaivasi, että ainoat vaihtoehdot, joista kukaan puhuu LEDien ajamiselle, ovat: (1) vastus tai (2) todella kallis elektroninen gizmo. nyt kun LEDit maksavat 3 dollaria, tuntuu väärältä maksaa 20 dollaria laitteesta, joka ajaa niitä! Joten palasin "Analog Circuits 101" -kirjaani ja keksin pari yksinkertaista piiriä virtalähteiden käyttämiseen, jotka maksavat vain $ 1 tai $ 2. Tämä opettavainen antaa sinulle iskun puhaltamalla kaikki erityyppiset piirit suurten LED-valojen virtalähteeksi, kaikesta vastuksista virtalähteisiin. LED -ohjainpiirit ja milloin/miten niitä käytetään (ja minulla on toistaiseksi kolme muuta ohjetta, jotka käyttävät näitä piirejä). Jotkut näistä tiedoista päätyvät olemaan varsin hyödyllisiä myös pienille LED-valoille. Tässä ovat muut tehon LED-oppaani, katso niistä muita muistiinpanoja ja ideoita. Tämän artikkelin ovat tuoneet sinulle MonkeyLectric ja Monkey Light -pyörävalo.

Vaihe 1: Yleiskatsaus / Osat

LED -valojen virransyöttöön on olemassa useita yleisiä menetelmiä. Miksi kaikki hälinä? Se päättyy tähän: 1) LEDit ovat erittäin herkkiä jännitteelle, jota käytetään niiden syöttämiseen (eli virta muuttuu paljon pienellä jännitemuutoksella) 2) Vaadittu jännite muuttuu hieman, kun LED on kuuma tai kylmää ilmaa, ja myös LED -valon värin ja valmistustietojen mukaan. joten on olemassa useita yleisiä tapoja, joilla LEDit saavat yleensä virran, ja käyn läpi kunkin seuraavissa vaiheissa.

Osassa Tässä projektissa esitetään useita virtapiirejä virtalähteiden merkkivaloille. kullekin piirille, jonka olen huomannut asiaankuuluvassa vaiheessa tarvittavat osat, mukaan lukien osanumerot, jotka löydät osoitteesta www.digikey.com. monen päällekkäisen sisällön välttämiseksi tässä projektissa käsitellään vain tiettyjä piirejä ja niiden etuja ja haittoja. oppiaksesi lisää kokoonpanotekniikoista ja saadaksesi selville LED -osien numerot ja mistä niitä saa (ja muita aiheita), tutustu johonkin muuhun teho -LED -projektiini.

Vaihe 2: Virran merkkivalon suorituskykytiedot - Kätevä viitetaulukko

Alla on joitain Luxeon -LEDien perusparametreja, joita käytät monissa piireissä. Käytän tämän taulukon lukuja useissa projekteissa, joten laitan ne kaikki yhteen paikkaan, johon voin helposti viitata. Luksus 1 ja 3 ilman virtaa (sammutuspiste): valkoinen/sininen/vihreä/ syaani: 2,4 V: n pudotus (= "LED-lähtöjännite") punainen/oranssi/keltainen: 1,8 V: n pudotus /keltainen: 2,7 V: n pudotusLuxeon-1, jossa 800 mA: n virta (yli tekniset tiedot): kaikki värit: 3,8 V: n pudotus 800 mA: n virta: valkoinen/sininen/vihreä/syaani: 3,8 V pudotettu/oranssi/keltainen: 3,0 V: n pudotus (huomautus: testini ovat erilaiset kuin tekniset tiedot) Luxeon-3, jossa 1200 mA: n virta: punainen/oranssi/keltainen: 3,3 V: n pudotus (huomautus: testit ovat erilaiset kuin tekniset tiedot) Tyypilliset arvot tavallisille "pienille" LED -valolle, joiden jännite on 20 mA, ovat: punainen/oranssi/keltainen: 2,0 V pudotusvihreä/syaani/sininen/violetti/valkoinen: 3,5 V: n pudotus

Vaihe 3: Suora virta

Miksi et vain liitä akku suoraan LED -valoon? Näyttää niin yksinkertaiselta! Mikä on ongelma? Voinko koskaan tehdä sen? Ongelma on luotettavuus, johdonmukaisuus ja kestävyys. Kuten mainittiin, LED -valon kautta kulkeva virta on erittäin herkkä pienille jännitteen muutoksille LED -valossa ja myös LED -ympäristön lämpötilalle ja myös LED -valon vaihteluille. Joten kun liität LED -valon paristoon, sinulla ei ole aavistustakaan kuinka paljon virtaa sen läpi kulkee. "Mutta mitä, se syttyi, eikö niin?". OK toki. akusta riippuen virta voi olla liikaa (ledi kuumenee ja palaa nopeasti) tai liian vähän (led on himmeä). toinen ongelma on se, että vaikka ledi on juuri oikea, kun kytket sen ensimmäistä kertaa, jos viet sen uuteen ympäristöön, joka on kuumempi tai kylmempi, se joko himmenee tai on liian kirkas ja palaa, koska led on erittäin lämmin herkkä. valmistusvaihtoehdot voivat myös aiheuttaa vaihtelua. Joten ehkä luet kaiken ja ajattelet: "mitä sitten!". jos on, aura eteenpäin ja liitä akku suoraan. joissakin sovelluksissa se voi olla oikea tapa.- Yhteenveto: käytä tätä vain hakkerointiin, älä odota sen olevan luotettava tai johdonmukainen ja odota palavan joitakin LED-valoja matkan varrella.- Yksi kuuluisa hakata, joka asettaa tämän menetelmän LED Throwie on erittäin hyvä. Huomautuksia:- jos käytät akkua, tämä menetelmä toimii parhaiten * pienillä * paristoilla, koska pieni paristo toimii kuin siinä olisi sisäinen vastus. tämä on yksi syy siihen, miksi LED-heijastin toimii niin hyvin.-jos haluat todella tehdä tämän virran LED-valolla 3-senttisen LED-valon sijasta, valitse akun jännite, jotta LED ei ole täydellä teholla. Tämä on toinen syy, miksi LED Throwie toimii niin hyvin.

Vaihe 4: Nöyrä vastus

Tämä on ylivoimaisesti yleisin menetelmä LED -valojen virransyöttöön. Kytke vain vastus sarjaan LED-valojesi kanssa. Plussat:- tämä on yksinkertaisin menetelmä, joka toimii luotettavasti- vain yksi osa- maksaa penniä (itse asiassa alle penniäkään) haittoja:- ei kovin tehokas. sinun on vaihdettava hukkaan menevä energia tasaiseen ja luotettavaan LED -kirkkauteen. jos tuhlaat vähemmän virtaa vastuksessa, LED-suorituskyky on heikompi.- täytyy vaihtaa vastus vaihtaakseen LED-kirkkautta- jos muutat virtalähdettä tai akun jännitettä merkittävästi, sinun on vaihdettava vastus uudelleen.

Kuinka tehdä se: Siellä on paljon hienoja verkkosivuja, jotka selittävät jo tämän menetelmän. Yleensä haluat selvittää:- mitä vastusarvoa käyttää- kuinka liittää ledit sarjaan tai rinnakkain? Löysin kaksi hyvää "LED-laskinta", joiden avulla voit vain syöttää LED-valojen ja virtalähteen tiedot, ja ne Suunnittele täydellinen sarja-/rinnakkaispiiri ja vastukset puolestasi! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods/ledcalc/index_eng laskin, käytä Power LED Data Handy Reference Chart -virta- ja jännitearvoja, joita laskin pyytää. jos käytät vastusmenetelmää tehon merkkivalojen kanssa, haluat nopeasti saada paljon halpoja tehovastauksia! tässä muutamia halpoja digikeyltä: "Yageo SQP500JB" ovat 5 watin vastuksen sarja.

Vaihe 5: $ witching Regulators

Kytkinsäätimet, toisin sanoen "DC-DC-DC", "buck" tai "boost" -muuntimet, ovat hieno tapa käyttää LEDiä. he tekevät kaiken, mutta ovat kalliita. mitä ne "tekevät" tarkalleen? Kytkinsäädin voi joko pienentää ("buck") tai tehostaa ("tehostaa") teholähteen tulojännitettä täsmälleen jännitteelle, joka tarvitaan LEDien virransyöttöön. toisin kuin vastus, se seuraa jatkuvasti LED -virtaa ja mukautuu pitämään sen vakiona. Se tekee kaiken tämän 80-95%: n teholla, riippumatta siitä, kuinka suuri on askel alaspäin tai tehostaminen. tehostusmuuntimille ja 90-95% buck-muuntimille-voi syöttää LED-valoja sekä matalammasta että korkeammasta jännitelähteestä (tehostaminen tai alentaminen)-jotkut yksiköt voivat säätää LED-valon kirkkautta-teho-LED-valolle suunnitellut yksiköt ovat saatavilla ja helppoja Hyödyt:- monimutkainen ja kallis: tyypillisesti noin 20 dollaria pakatusta yksiköstä. - oman tekeminen vaatii useita osia ja sähkötekniikan taitoja.

Yksi erityisesti virtalähteille suunniteltu hyllylaite on LED Dynamicsin Buckpuck. Käytin yhtä näistä teho-led-ajovalaisinprojektissani ja olin siihen tyytyväinen. näitä laitteita on saatavana useimmista LED -verkkokaupoista.

Vaihe 6: Uutta! Vakiovirtalähde #1

Ensimmäiset piirit ovat pieniä muunnelmia erittäin yksinkertaisesta vakiovirtalähteestä. Plussat:- johdonmukainen LED-suorituskyky kaikilla virtalähteillä ja LED-valoilla- maksaa noin $ 1- vain 4 yksinkertaista osaa liittää- hyötysuhde voi olla yli 90% (asianmukaisella LED- ja virtalähdevalinnalla)- kestää paljon virtaa, 20 ampeeria tai enemmän ilman ongelmia.- alhainen "keskeytys"- tulojännite voi olla vain 0,6 volttia korkeampi kuin lähtöjännite.- erittäin laaja toiminta-alue: 3 V: n ja 60 V: n sisääntulot Miinukset:- täytyy vaihtaa vastus muuttaakseen LED-kirkkautta- jos huonosti määritetty se voi tuhlata yhtä paljon virtaa kuin vastusmenetelmä- sinun on rakennettava se itse (oh odota, sen pitäisi olla "pro").- virtaraja muuttuu hieman ympäristön lämpötilan mukaan (voi olla myös "pro"). Yhteenvetona: tämä piiri toimii yhtä hyvin kuin alennuskytkin, ainoa ero on että se ei takaa 90% tehokkuutta. Plussapuolella se maksaa vain 1 dollaria.

Yksinkertaisin versio ensin: "Edulliset vakiovirtalähteet #1" Tämä piiri on esillä yksinkertaisessa teho-led-valoprojektissani. Miten se toimii?- Q2 (teho NFET) on muuttuva vastus. Q2 käynnistyy R1: n kytkettynä päälle.- Q1 (pieni NPN) käytetään ylivirran havaitsemiskytkimenä, ja R3 on "tunnevastus" tai "asetettu vastus", joka laukaisee Q1, kun virtaa on liikaa.- Päävirta kulkee LEDien, Q2: n ja R3: n kautta. Kun R3: n läpi virtaa liikaa virtaa, Q1 alkaa kytkeytyä päälle, jolloin Q2 sammuu. Q2: n sammuttaminen vähentää virtaa LEDien ja R3: n kautta. Olemme siis luoneet "takaisinkytkentäsilmukan", joka valvoo jatkuvasti LED -virtaa ja pitää sen täsmälleen asetuspisteessä aina. transistorit ovat älykkäitä, huh! Kaikki ylimääräinen teho poltetaan Q2: ssa. Näin ollen maksimaalisen tehokkuuden vuoksi haluamme määrittää LED -merkkijonomme niin, että se on lähellä virtalähdettä. Se toimii hyvin, jos emme tee tätä, tuhlaamme vain virtaa. tämä on todellakin tämän piirin ainoa haittapuoli verrattuna alennuskytkimen säätimeen! virran asettaminen! R3: n arvo määrittää asetetun virran. vastuksen hajoama on suunnilleen: 0,25 / R3. Valitse vastusarvo vähintään 2 kertaa laskettu teho, jotta vastus ei kuumene. joten 700 mA: n LED -virralla: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohmia. Lähin vakiovastus on 0,75 ohmia. R3 -teho = 0,25 / 0,71 = 0,35 wattia. Tarvitsemme vähintään 1/2 watin nimellisvastuksen. käytetyt osat: R1: pieni (1/4 wattia) noin 100 k ohmin vastus (kuten: Yageo CFR-25JB -sarja) R3: suuri (1 watt+) virtasarja vastus. (hyvä 2 watin valinta on: Panasonic ERX-2SJR -sarja) Q2: suuri (TO-220-paketti) N-kanavan logiikkatason FET (kuten: Fairchild FQP50N06L) Q1: pieni (TO-92-paketti) NPN-transistori (kuten: Fairchild 2N5088BU) Enimmäisrajat: ainoa todellinen raja virtalähdepiirille on NFET Q2. Q2 rajoittaa piiriä kahdella tavalla: 1) tehonpoisto. Q2 toimii muuttuvana vastuksena ja alentaa virtalähteen jännitettä vastaamaan LEDien tarvetta. joten Q2 tarvitsee jäähdytyselementin, jos LED -virta on suuri tai jos virtalähteen jännite on paljon korkeampi kuin LED -merkkijonojännite. (Q2 -teho = pudotettu voltti * LED -virta). Q2 kestää vain 2/3 wattia, ennen kuin tarvitset jonkinlaista jäähdytyselementtiä. suurella jäähdytyselementillä tämä piiri pystyy käsittelemään PALJON tehoa ja virtaa - luultavasti 50 wattia ja 20 ampeeria tällä tarkalla transistorilla, mutta voit vain laittaa useita transistoreita rinnakkain lisää tehoa.2) jännite. Q2: n "G" -nasta on mitoitettu vain 20 V: lle, ja tällä yksinkertaisimmalla piirillä, joka rajoittaa tulojännitteen 20 V: iin (oletetaan, että 18 V on turvallista). jos käytät toista NFET-verkkoa, tarkista "Vgs" -luokitus. lämpöherkkyys: nykyinen asetusarvo on jonkin verran herkkä lämpötilalle. tämä johtuu siitä, että Q1 on liipaisin ja Q1 on lämpöherkkä. edellä määritelty osanumero N on yksi vähiten lämpöherkistä NPN: istä, joita voisin löytää. siitä huolimatta odota ehkä 30%: n laskua nykyisessä asetuspisteessä, kun siirryt -20 ° C: sta +100 ° C: een. Tämä voi olla haluttu vaikutus, se voi säästää Q2- tai LED -valoja ylikuumenemiselta.

Vaihe 7: Jatkuvan virtalähteen säätö: #2 ja #3

nämä pienet muutokset piirissä 1 käsittelevät ensimmäisen piirin jänniterajoitusta. meidän on pidettävä NFET -portti (G -nasta) alle 20 V: n, jos haluamme käyttää yli 20 V: n virtalähdettä. käy ilmi, että haluamme myös tehdä tämän, jotta voimme liittää tämän piirin mikrokontrolleriin tai tietokoneeseen.

piirissä #2 lisäsin R2, kun taas #3 korvasin R2 Zener -diodilla. piiri #3 on paras, mutta otin mukaan #2, koska se on nopea hakata, jos sinulla ei ole oikeaa zener -diodin arvoa. haluamme asettaa G -nastan jännitteeksi noin 5 volttia - käytä 4,7 tai 5,1 voltin zener -diodia (kuten: 1N4732A tai 1N4733A) - kaikki alemmat ja Q2 eivät voi kytkeytyä kokonaan päälle, korkeammat ja se ei toimi useimpien mikro -ohjaimien kanssa. Jos tulojännite on alle 10 V, kytke R1 22 k ohmin vastukseen, zener-diodi ei toimi, ellei sen läpi mene 10 uA. tämän muutoksen jälkeen piiri käsittelee 60 V: n osia luetelluilla osilla, ja voit löytää tarvittaessa korkeamman jännitteen Q2 helposti.

Vaihe 8: Pieni mikro tekee kaiken eron

Mitä nyt? liitä mikro-ohjaimeen, PWM-laitteeseen tai tietokoneeseen! nyt sinulla on täysin digitaalisesti ohjattu suuritehoinen LED-valo. mikro-ohjaimen ulostulonapit on mitoitettu yleensä vain 5,5 V: lle, siksi zener-diodi on tärkeä. jos kun mikro-ohjaimesi on 3,3 V tai pienempi, sinun on käytettävä piiriä 4 ja asetettava mikro-ohjaimen lähtönastaksi "avoin keräin"-jonka avulla mikro voi vetää tapin alas, mutta antaa R1-vastuksen vetää sen Jopa 5 V, jota tarvitaan Q2: n täydelliseen käynnistämiseen. - 5 V: n mikro voi käynnistää Q2: n hienosti itsestään. nyt, kun sinulla on PWM tai mikro, miten teet digitaalisen valonohjauksen? muuttaaksesi valosi kirkkautta, "PWM" se: vilkut sen päälle ja pois nopeasti (200 Hz on hyvä nopeus) ja muutat on-time-off-time-suhteen. tämä voidaan tehdä vain yhdellä muutama koodirivi mikro-ohjaimessa. Voit tehdä sen käyttämällä vain 555 -sirua, kokeile tätä piiriä. käyttää sitä piiri päästä eroon M1, D3 ja R2, ja niiden Q1 on meidän Q2.

Vaihe 9: Toinen himmennysmenetelmä

ok, joten ehkä et halua käyttää mikro -ohjainta? tässä on toinen yksinkertainen muutos "piiriin #1"

yksinkertaisin tapa himmentää LEDit on muuttaa nykyistä asetusarvoa. niin vaihdamme R3! Alla olevassa kuvassa lisäsin R4 ja kytkimen rinnakkain R3: n kanssa. joten kun kytkin on auki, virta asetetaan R3: lla, kun kytkin on kiinni, virta asetetaan uudella R3 -arvolla rinnakkain R4: n kanssa - enemmän virtaa. joten nyt meillä on "suuri teho" ja "pieni teho" - täydellinen taskulamppu. ehkä haluat laittaa muuttuvan vastuksen valitsimen R3: lle? Valitettavasti ne eivät tee niistä niin alhaisia vastusarvoja, joten tarvitsemme jotain hieman monimutkaisempaa. (katso piiri #1 komponenttien arvojen valitsemiseksi)

Vaihe 10: Analoginen säädettävä ohjain

Tämän piirin avulla voit säätää kirkkautta ilman mikro-ohjainta. Se on täysin analoginen! se maksaa hieman enemmän - noin 2 dollaria tai yhteensä 2,50 dollaria - toivottavasti et haittaa. Suurin ero on se, että NFET korvataan jännitesäätimellä. jännitteen säädin vähentää tulojännitettä aivan kuten NFET teki, mutta se on suunniteltu siten, että sen lähtöjännite asetetaan kahden vastuksen (R2+R4 ja R1) välisellä suhteella. kuten ennenkin, tässä tapauksessa se vähentää vastusta R2: ssa ja alentaa jännitesäätimen lähtöä. Tämän piirin avulla voit asettaa LED -valojen jännitteen mihin tahansa arvoon valitsimella tai liukusäätimellä, mutta se myös rajoittaa LED -virtaa kuten ennenkin Et voi kääntää valitsinta turvallisen pisteen ohi. 28 V ja enintään 5 ampeerin virta (jäähdytyselementti säätimessä)

Vaihe 11: * Yksinkertaisempi * nykyinen lähde

ok, niin käy ilmi, että on olemassa vielä yksinkertaisempi tapa tehdä vakiovirtalähde. Syy, miksi en asettanut sitä ensin, on se, että sillä on ainakin yksi merkittävä haitta.

Tämä ei käytä NFET- tai NPN -transistoria, sillä on vain yksi jännitesäädin. Verrattuna edelliseen "yksinkertaiseen virtalähteeseen", jossa käytettiin kahta transistoria, tässä piirissä on: - vielä vähemmän osia. - paljon suurempi 2,4 V: n "katkaisu", mikä vähentää merkittävästi tehokkuutta vain 1 LED: n virralla. Jos käytät 5 LED -merkkijonoa, se ei ehkä ole niin iso juttu. - ei muutosta nykyisessä asetuspisteessä lämpötilan muuttuessa - pienempi virtakapasiteetti (5 ampeeria - riittää edelleen monille LEDeille)

miten sitä käytetään: vastus R3 asettaa virran. kaava on: LED -virta ampeereissa = 1,25 / R3, joten 550 mA: n virralle, aseta R3 arvoon 2,2 ohmia, tarvitset yleensä tehovastuksen, R3 -teho watteina = 1,56 / R3 tällä piirillä on myös haittapuoli tapa käyttää sitä mikro-ohjaimen tai PWM: n kanssa on kytkeä koko virta päälle ja pois päältä tehonsäätimellä. ja ainoa tapa muuttaa LED -valon kirkkautta on muuttaa R3, joten katso aiempaa kaaviota "piiri #5", joka näyttää matala-/suuritehoisen kytkimen lisäämisen sisään. säätimen nasta: ADJ = nasta 1 OUT = nasta 2 IN = nasta 3 osaa: säädin: joko LD1585CV tai LM1084IT-ADJ-kondensaattori: 10--100u kondensaattori, 6,3 volttia tai suurempi (kuten: Panasonic ECA-1VHG470) vastus: vähintään 2 watin vastus (kuten: Panasonic ERX-2J -sarja) Voit rakentaa tämän melkein millä tahansa lineaarisella jännitesäätimellä, kahdella luetellulla on hyvä yleinen suorituskyky ja hinta. klassinen "LM317" on halpa, mutta keskeytys on vielä suurempi - yhteensä 3,5 volttia tässä tilassa. nyt on paljon pinta-asennussäätimiä, joissa on erittäin alhaiset katkokset alhaista virtaa varten, jos sinun on saatava virtaa 1 LED-akusta, näitä kannattaa tarkastella.

Vaihe 12: Haha! On vielä helpompi tapa

Minua hämmentää sanoa, etten ole ajatellut tätä menetelmää itse, mutta opin sen, kun purasin taskulampun, jonka sisällä oli kirkas LED.

-------------- Aseta PTC-vastus (eli "PTC-nollattava sulake") sarjaan LED-valon kanssa. Vau.ei siitä helpompaa tule. -------------- okei. Vaikka tämä menetelmä on yksinkertainen, sillä on joitain haittoja: - Käyttöjännite voi olla vain hieman korkeampi kuin LED -on -jännite. Tämä johtuu siitä, että PTC -sulakkeita ei ole suunniteltu poistamaan paljon lämpöä, joten sinun on pidettävä pudonnut jännite PTC: n alueella melko alhaisena. voit liimata ptc: n metallilevyyn auttamaan hieman. - Et voi käyttää LEDiäsi suurimmalla tehollaan. PTC -sulakkeilla ei ole kovin tarkkaa "laukaisuvirtaa". Yleensä ne vaihtelevat kertoimella 2 mitatusta laukaisupisteestä. Joten jos sinulla on LED, joka tarvitsee 500 mA, ja saat 500 mA: n PTC -luokituksen, päädyt mihin tahansa 500 mA: sta 1000 mA: een - ei ole turvallista LEDille. Ainoa turvallinen PTC-valinta on hieman aliarvostettu. Hanki 250 mA: n PTC, pahin tapauksesi on 500 mA, jota LED voi käsitellä. ----------------- Esimerkki: Yhdelle LEDille, jonka nimellisarvo on noin 3,4 V ja 500 mA. Liitä sarjaan PTC -nimellisarvoltaan noin 250 mA. Käyttöjännitteen tulisi olla noin 4,0 V.