Jednostavan linearni linearni regulator napajanja, revidiran i pojašnjen: 3 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:32

Ovaj Instructable u biti je ponavljanje Danovog kruga linearnog regulatora struje. Njegova je verzija, naravno, vrlo dobra, ali nedostaje joj nešto na putu jasnoće. Ovo je moj pokušaj rješavanja toga. Ako razumijete i možete izgraditi Danovu verziju, moja vam verzija vjerojatno neće reći ništa strašno novo. Međutim … … Dok sam sastavljao vlastiti regulator temeljen na Danovom, nastavio sam gledati njegove fotografije komponenti i žmirio- koji pin se spaja s kojim drugim pinom ?? Je li to povezano s tim ili nije? To je, naravno, jednostavan sklop, ali ja nisam inženjer elektrotehnike i nisam želio pogriješiti … Jer pogrešno, čak i malo, ponekad uzrokuje nemirenje. Dodao sam komponentu: prekidač između pozitivnog voda istosmjernog napajanja i ostatka kruga tako da ga mogu uključiti i isključiti. Nema razloga za isključivanje, a i vrlo je zgodan. Ovdje bih također trebao napomenuti na početku: kakve god "Danove" tvrdnje mogle biti suprotne, ovaj krug NIJE u konačnici prikladan za pogon LED iz napajanja koje je znatno iznad pada napona LED diode. Pokušao sam pokrenuti jednu plavu LED lampicu od 3,2 V na 140 mAh (testirana struja je zapravo bila 133 mAh- vrlo blizu) iz napajanja naznačenog za 9,5 volti, a krajnji je rezultat bio da je u roku od 60 sekundi LED dioda počela treperiti, a zatim na kraju isključio … To je učinio nekoliko puta sa sve manjim vremenskim razdobljima između uključivanja i kvara. Sada se uopće neće uključiti. Rekavši to, također sam već gotovo mjesec dana gotovo neprekidno upravljao jednom RGB LED velikom snagom koristeći drugo napajanje koje više odgovara padu napona LED-a- tako da ovaj krug može raditi, nekako, ali ne uvijek, svakako nije onako kako je prvotno obećano, a usput će vam itekako upropastiti LED za napajanje. Glas iskustva ovdje kaže da će raditi sve dok zahtjevi vaših LED dioda blisko odgovaraju snazi u voltima koja dolazi iz vašeg izvora napajanja. Ako primijetite treperenje, to znači da LED (i) izgaraju i da su/već trajno oštećeni. Trebalo mi je šest uništenih LED dioda za napajanje da to shvatim. "Mnogi Botani su umrli da bi nam donijeli ove podatke …" Opskrba: Ovdje je Dan-ov popis komponenti, riječ po riječ, ali ispravljen za prvu stavku (Dan je greškom dao broj proizvoda 10K ohmskog otpornika, a ne 100K ohma popis sada prikazuje broj za ispravan tip). Dodao sam i poveznice na spomenute stvarne proizvode:-R1: otprilike 100k-ohmski otpornik (kao što je: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: otpornik postavljen na struju-vidi dolje Q1: mali NPN tranzistor (kao što je: Fairchild 2N5088BU) Q2: veliki N-kanalni FET (kao što je: Fairchild FQP50N06L) LED: LED za napajanje (kao što je: Luxeon 1-vatna bijela zvijezda LXHL-MWEC)

- Komponenta sklopke, S1, trebala bi biti ocijenjena naponom istosmjernog napajanja koje ćete koristiti. Na primjer, prekidač od 12 V neće biti dizajniran za napajanje od 18 V. Imajte na umu da se Q2 također naziva MOSFET, nMOSFET, NMOS, n-kanalni MOSFET i n-kanalni QFET MOSFET naizmjenično, Q1 se također naziva NPN bipolarni tranzistor ili NPN BJT. Dan ne ulazi u to što znači "približno", niti objašnjava koliko daleko možete otići ili na što će to utjecati; niti objašnjava "male" ili "velike" i učinke koje bi oni mogli imati. Nažalost, ne mogu ni ja. Čini se da smo zaglavili pridržavajući se ovih posebnih komponenti ako ne diplomiramo elektrotehniku. Posebno s obzirom na osjetljivost LED diode, strogo pridržavanje čini se jedino razumnom opcijom.

Što se tiče R3:

Prema Danu, vrijednost za R3 u ohmima mora biti povezana sa strujom na koju želite pokrenuti LED (čija će ograničenja već postaviti proizvođač) tako da željena struja u amperima = 0,5/R3. U takvoj jednadžbi, veći otpor u R3 rezultirat će manjom strujom koja se pokreće kroz LED. Intuitivno, to dovodi do zaključka da bi savršeni otpor (tj. Izostanak otpornika uopće) značio da LED ne bi funkcionirala (0,5/beskonačnost = manja od nule). Zapravo, uopće nisam siguran da je to istina, a moji vlastiti empirijski testovi ovog kruga ukazuju da to nije tako. Ipak, ako nastavimo prema Danovom planu, R3 od 5 ohma proizvest će konstantnu struju od 0,5/5 = 0,1 ampera ili 100 miliampera. Čini se da velik dio LED dioda za napajanje radi oko 350 mAh, pa ćete za njih morati ustanoviti vrijednost R3 od oko 1,5 ohma. Za one koji su manje upoznati s otpornicima, imajte na umu da možete ustanoviti da je 1,5 ohma paralelnom kombinacijom različitih otpornika, sve dok vaš konačni kombinirani rezultat iznosi 1,5 ohma otpora. Na primjer, ako koristite dva otpornika, vaša vrijednost R3 bit će jednaka vrijednosti otpornika 1 pomnoženoj s vrijednošću otpornika 2, a umnožak podijeljen s ukupnim R1+R2. Još jedan primjer: 1 otpornik od 5 ohma kombiniran paralelno s drugim, recimo, 3 ohma, daje (5x3)/(5+3) = 15/8 = 1,875 ohma što bi rezultiralo konstantnom strujom u ovom krugu od 0,5/1,875 = 0,226 ampera ili 266 mAh.

Otpornici su ocijenjeni za različite sposobnosti rasipanja snage. Mali otpornici mogu raspršiti manje energije od većih jer se veći neće spaliti tako brzo ako kroz njih prođe previše struje. U ovom krugu ne možete koristiti površinski montirani otpornik jer ne može podnijeti rasipanje energije. Također, nećete moći pronaći "preveliki" otpornik. Veći/ fizički veći otpornici mogu podnijeti više snage od manjih. Dobivanje većih može koštati više i zauzeti će više prostora, ali troškovi su obično zanemarivi (svaki pokvareni stereo uređaj ima stotinu otpornika u sebi s velikim nazivima snage), a razlika u prostoru je reda kubnih milimetara, pa slobodno griješite sa strane opreza i upotrijebite najveće otpornike odgovarajućeg otpora koje možete pronaći. Možete odabrati jedan premali, ali nemoguće je odabrati jedan prevelik.

Imajte na umu da ako slučajno imate pri ruci neku nichrome žicu visokog otpora, vjerojatno ćete je odrezati na duljinu koja će odgovarati vašim potrebama otpora, a da se ne morate petljati s više otpornika. Trebat će vam ohmski mjerač da biste provjerili stvarnu vrijednost otpora i imajte na umu da vjerojatno postoji određeni stupanj otpora (možda čak 1 ohm) između dvije žice vašeg ohmskog mjerača: prvo to isprobajte do dodirujući ih zajedno i pogledajte što uređaj čita, onda to uzmite u obzir kada odredite koliko ćete nichrome žice namjeravati upotrijebiti (ako otkrijete otpor od 0,5 ohma kada zajedno dodirnete žice svog mjerača ohma i morate prekinuti s, recimo, 1,5 ohma otpora na vašoj nichrome žici, onda vam je potrebna ta žica da vam "izmjeri" 2,0 ohma otpora na mjeraču ohma).

Alternativno, postoji i način da upotrijebite malo nikromirane žice za dovršetak ovog kruga čak i za LED čiju nazivnu struju ne poznajete! Nakon što je vaš krug dovršen, ali mu nedostaje R3, upotrijebite duljinu nikromirane žice koja je definitivno dulja od potrebne otpornosti za barem centimetar ili dva (što je deblja ova žica, to će vam komad biti dulji. Zatim uključite krug- ništa se neće dogoditi. Sada pričvrstite električnu bušilicu na sredinu U od nichrome žice tako da će tijekom uvrtanja bušilice početi omotati žicu oko svrdla. POLAKO uključite bušilicu. Ako svi ostali dijelovi strujnog kruga ispravno spojeni, LED će se uskoro uključiti vrlo slabo i postat će sve svjetliji kako se žica skraćuje! Zaustavite se kad je žaruljica jaka- ako žica postane prekratka, LED će izgorjeti. Nije ' Nije nužno lako procijeniti kada je ovaj trenutak dosegnut, pa ćete ovom tehnikom riskirati.

Što se tiče hladnjaka: Dan također spominje moguću važnost hladnjaka za ovaj projekt i potrebu za vanjskim istosmjernim napajanjem između 4 i 18 volti (očito pojačala nisu bitna za ovo napajanje, iako ja to ne znam za izvjesno). Ako radite sa LED -om za napajanje, trebat će vam neka vrsta hladnjaka spojena na nju, a vjerojatno će vam trebati i ona izvan opsega jednostavne "zvijezde" od aluminijske palice opremljene mnogim Luxeon LED -icama. Hladnjak će vam trebati samo za Q2 ako koristite više od 200 mAh snage kroz svoj krug i/ ili je razlika napona između istosmjernog napajanja i kombinirani "pad" napona vaših LED dioda "veliki" (ako je razlika je veća od 2 volta, svakako bih koristio hladnjak). Najučinkovitija uporaba bilo kojeg hladnjaka također zahtijeva upotrebu male količine toplinske masti (Arctic Silver se smatra vrhunskim proizvodom): očistite hladnjak i tijelo MOSFET -a/ LED -a alkoholom, razmažite glatku površinu, ravnomjerni, TANI sloj termalne masti po svakoj površini (volim koristiti oštricu noža X-acto za apsolutno glatke, najravnije i najtanje rezultate), zatim pritisnite površine zajedno i pričvrstite jednim ili više vijaka na odgovarajuće mjesto. Alternativno, postoji nekoliko vrsta termotraka koje će također poslužiti u tu istu svrhu. Evo nekoliko prikladnih opcija za hladnjak i napajanje za tipično postavljanje s jednom LED diodom (zapamtite, možda će vam trebati dva hladnjaka- jedan za LED i jedan za MOSFET- u mnogim postavkama): Hladnjak Napajanje napajanjem

Što se tiče izvora napajanja: Brza napomena u vezi s izvorima napajanja: praktički svi izvori napajanja negdje na pakiranju navode koliko volti i pojačala mogu isporučiti. Međutim, broj volti je gotovo općenito podcijenjen i praktički sva napajanja zapravo isporučuju određenu količinu napona veću od one navedene na njihovom pakiranju. Iz tog razloga, bit će važno testirati bilo koje napajanje koje tvrdi da isporučuje volte blizu gornjeg dijela našeg spektra (tj. Blizu 18 volti) kako bismo bili sigurni da zapravo ne daje previše energije (vjerojatno bi bilo 25 volti premašiti projektna ograničenja našeg kruga). Srećom, zbog prirode kruga, ovo prenaglašavanje napona obično neće predstavljati problem jer krug može upravljati širokim rasponom napona bez oštećenja LED -a.

Korak 1: Izradite rashladne elemente

Ako će vam za Q2 trebati hladnjak, možda ćete morati izbušiti rupu u tom hladnjaku kako biste provukli vijak kroz veliku rupu u tijelu MOSFET -a. Nema potrebe za točnim vijkom sve dok vaš vijak može proći kroz otvor za MOSFET, glava vijka je veća (samo neznatno) od ove rupe, a promjer rupe koju stvorite u hladnjaku je nije mnogo manji od promjera cilindra vijka. Općenito, ako koristite svrdlo čiji je promjer blizu promjera cilindra vašeg vijka, ali je nešto manji od njega, nećete imati poteškoća s pričvršćivanjem MOSFET -a na hladnjak. Navoji na većini čeličnih vijaka više su nego jaki da se izrežu u hladnjak (pod uvjetom da je aluminij ili bakar) i na taj način "stvore" potrebnu rupu s navojem. Bušenje u aluminij treba obaviti s nekoliko kapi vrlo tankog strojnog ulja na vrhu svrdla (poput 3-u-jednom ili ulja za šivaće strojeve), a bušilicu pritisnuti uz lagani čvrsti pritisak pri oko 600 o / min i 115 in-lbs okretnog momenta (ova Black & Decker bušilica ili nešto slično dobro će funkcionirati). Budite oprezni: ovo će biti vrlo mala, plitka rupa i vaša vrlo tanka svrdla mogu se slomiti ako se predugo na nju primjenjuje preveliki pritisak! Imajte na umu dobro: "tijelo" Q2 električno je spojeno na "izvorni" pin Q2- ako bilo što u vašem krugu dotakne ovaj hladnjak osim tijela MOSFET-a, možete stvoriti električni kratki spoj koji bi mogao pregorjeti vašu LED. Razmislite o tome da pokrijete stranu hladnjaka okrenutu prema vašim žicama slojem električne trake kako se to ne bi dogodilo (ali nemojte zatvarati hladnjak više od ovoga nego što je potrebno, jer je njegova svrha premještanje topline s MOSFET -a na okolni zrak-- električna traka je izolator, a ne vodič, toplinske energije).

Korak 2: Krug

Evo što trebate učiniti da biste stvorili ovaj krug:

* Lemite pozitivnu žicu vašeg izvora napajanja na pozitivni čvor vaše LED diode. Također lemite jedan kraj 100K otpornika na istu točku (pozitivni čvor na LED).

* Drugi kraj tog otpornika lemite na GATE pin MOSFET -a i pin COLLECTOR -a manjeg tranzistora. Da ste zalijepili dva tranzistora i da vam je metalna strana MOSFET-a okrenuta od vas sa svih šest tranzistorskih pinova usmjerenih prema dolje, pin GATE i COLLECTOR su PRVA DVA PINA tih tranzistora- drugim riječima, lemite dva krajnja lijeva pina tranzistora zajedno i lemite ih na nepovezani kraj 100K otpornika.

* Spojite srednji pin MOSFET -a, pin DRAIN, s negativnim čvorom LED -a žicom. Ništa više neće biti pričvršćeno na LED.

* Spojite BASE pin malog tranzistora (tj. Srednji pin) na pin SOURCE MOSFET -a (koji je njegov krajnji desni pin).

* Spojite utikač EMITTER (krajnji desni pin) manjeg tranzistora na negativnu žicu vašeg izvora napajanja.

* Spojite isti pin na jedan kraj R3, vašeg otpornika po izboru za potrebe vaše LED diode.

* Spojite DRUGI kraj tog otpornika na prethodno spomenuti BASE pin/ SOURCE pin na oba tranzistora.

Sažetak: sve ovo znači da povezujete srednji i krajnji desni pinove malih tranzistora jedan preko drugog preko otpornika R3, a tranzistore međusobno povezujete dva puta izravno (GATE u KOLEKTOR, IZVOR u BAZU) i još jednom neizravno preko R3 (IZLAZAK IZVORU). Srednji pin MOSFET -a, DRAIN, nema ništa drugo osim spojiti se na negativni čvor vaše LED diode. LED se spaja na vašu dolaznu žicu za napajanje i na jedan kraj R1, 100K otpornik (drugi čvor LED diode je spojen na pin DRAIN, kako je upravo spomenuto). Pin EMITTER spaja se izravno s negativnom žicom vašeg izvora napajanja, a zatim se petlje vraća na sebe (na svom BASE pinu) i na MOSFET treći i posljednji put putem otpornika R3 koji se također spaja izravno na negativnu žicu napajanje. MOSFET se nikad ne spaja izravno ni na negativne ni na pozitivne žice izvora napajanja, ali se NA SVAKA od njih spaja preko oba otpornika! Nema otpornika između trećeg pina tranzistora, njegovog EMITTER-a i negativne žice napajanja- on se izravno spaja. Na drugom kraju postavljanja, dolazno napajanje spojeno je izravno na LED, iako možda ispire previše energije (isprva) da ne izgori ta LED: dodatni napon koji bi napravio ovu štetu je u tijeku usmjereni natrag kroz otpornik od 100K i kroz naše tranzistore koji će ga držati pod kontrolom.

Korak 3: Uključite ga: Riješite probleme ako je potrebno

Nakon što su rashladni elementi priključeni i vaši lemni spojevi čvrsti i sigurni ste da su vaše LED diode ispravno orijentirane i da ste ispravne žice spojili na ispravne žice, vrijeme je za uključivanje DC napajanje i okrenite prekidač! U ovom trenutku vjerojatno će se dogoditi jedna od tri stvari: LED diode će zasvijetliti prema očekivanjima, LED diode će kratko zasvijetliti, a zatim će se zamračiti, ili se uopće ništa neće dogoditi. Ako dobijete prvi od ovih ishoda, čestitamo! Sada imate radni krug! Neka vam traje jako dugo. Ako dobijete rezultat #2, onda ste upravo pregoreli LED diode i morat ćete početi ispočetka s potpuno novim (i morat ćete ponovno procijeniti svoj krug i otkriti gdje ste pogriješili, vjerojatno ili povezivanjem pogrešno povezivanje ili propuštanje 2 žice koje ne biste trebali imati). Ako dobijete ishod #3, onda nešto nije u redu s vašim krugom. Isključite ga, iskopčajte izvor napajanja istosmjernom strujom i prijeđite preko veze putem veze tako da provjerite jeste li pravilno priključili svaki kabel i jesu li sve LED diode ispravno usmjerene unutar kruga. Također razmislite o tome da dvaput provjerite poznatu vrijednost miliampera vaših LED -a i provjerite da li će vrijednost koju ste odabrali i koju koristite za R3 osigurati dovoljno struje za pogon. Dvaput provjerite vrijednost R1 i provjerite je li 100k ohma. Konačno, možete testirati Q1 i Q2, ali metode za to su izvan opsega ovog Instructable. Opet: najvjerojatniji razlozi zbog kojih se svjetlo ne pojavljuje su sljedeći: 1.) vaše LED diode nisu ispravno usmjerene- provjerite orijentaciju pomoću multimetra i po potrebi se orijentirajte; 2.) negdje u krugu imate labavi lemni spoj- uzmite lemilicu i ponovno lemite sve spojeve koji bi mogli biti labavi; 3.) negdje u krugu imate ukrštenu žicu- provjerite ima li na svim žicama kratkih spojeva i odvojite sve koji bi se mogli dodirivati- potrebna je samo jedna sićušna labava bakrena žica da bi došlo do kvara kruga; 4.) vaš R3 je previsoke vrijednosti da bi omogućio rad LED-a- razmislite o zamjeni sa otpornikom manjeg otpora ili malo skratite njihovu nichrome žicu; 5.) vaš prekidač ne uspijeva zatvoriti ispitivanje kruga multimetrom i popraviti ga ili zamijeniti; 6.) ako ste prethodno oštetili LED (e) ili neku drugu komponentu na dijagramu: a.) Ako niste koristili odgovarajuće velike otpornike (tj. Otpornik dovoljne snage- R3 bi trebao biti najmanje 0,25 vat otpornik) ili dovoljno veliki hladnjak za Q2 ili za vaše LED diode (i Q2 i vaše LED diode brzo su izložene potencijalnim toplinskim oštećenjima ako nisu spojene na hladnjake prije nego što uključite krug), ili; b.) prelazak žica i slučajno oštećenje vaše LED diode (ovo je obično popraćeno zamahom smrdljivog dima); ili 7.) koristite Q1 ili Q2 koji nisu točni za ovaj krug. Nijedna druga vrsta otpornika nije poznata kompatibilna zamjena za ove dvije komponente- ako pokušate stvoriti ovaj krug od drugih vrsta tranzistora, trebali biste očekivati da krug neće raditi. Volio bih da mogu odgovoriti na tehnička pitanja u vezi s izgradnjom LED sklopova i upravljačkih programa, ali kao što sam već rekao, nisam stručnjak i većina onoga što vidite ovdje već je obuhvaćeno u drugom Instructableu koji je napisao netko tko zna više o ovom procesu nego ja. Nadam se da je ono što sam vam ovdje dao barem jasnije i eksplicitnije od ostalih sličnih instrukcija dostupnih na ovoj web stranici. Sretno!

Ako vaš krug radi, čestitamo! Prije nego što projekt nazovete gotovim, uklonite preostali fluks iz lemnih spojeva alkoholom za trljanje ili drugim prikladnim otapalom, poput toluena. Ako dopustite da fluks ostane na vašem krugu, on će nagrizati vaše igle, oštetiti njihovu nichrome žicu (ako je koristite) i čak može oštetiti vašu LED s obzirom na dovoljno vremena. Flux je odličan, ali kad završite s tim, mora ići! Također budite sigurni da, kako god namjestili svjetlo da radi, neće postojati šansa da se bilo koja od njegovih žica slučajno dodirne ili raspadne kada se krug koristi ili pomiče. Veliki snop vrućeg ljepila može se upotrijebiti kao neka vrsta smjese za sadnju, ali stvarna smjesa za sadnju bila bi bolja. Nezaštićeni krug koji se koristi za bilo što sklon je kvaru s obzirom na dovoljno vremena, a lemni spojevi ponekad nisu tako stabilni koliko bismo htjeli misliti da jesu. Što je vaš konačni krug sigurniji, to ćete više koristiti!