Krugovi upravljačkih programa LED -a velike snage: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

LED diode velike snage: budućnost rasvjete!

ali … kako ih koristite? gdje ih nabavljaš? LED diode snage 1 i 3 vata sada su široko dostupne u rasponu od 3 do 5 USD, pa sam u posljednje vrijeme radio na hrpi projekata koji ih koriste. u tom procesu me mučilo da su jedine mogućnosti o kojima netko govori za pogon LED -a: (1) otpornik ili (2) stvarno skup elektronički gizmo. sad kad LED koštaju 3 USD, nije u redu plaćati 20 USD za uređaj koji ih upravlja! Vratio sam se u knjigu "Analogni krugovi 101" i shvatio nekoliko jednostavnih sklopova za pogonske LED diode koji koštaju samo 1 ili 2 USD. Ova instrukcija će vam dati udarac u udar svih različitih vrsta krugova za napajanje velikih LED dioda, od otpornika do prekidača napajanja, s nekoliko savjeta o svima njima, i naravno dat će mnogo detalja o mojoj novoj jednostavnoj Power LED upravljački sklopovi i kada/kako ih koristiti (a do sada imam 3 druge upute koje koriste ove sklopove). Neke od ovih informacija na kraju postaju vrlo korisne i za male LED diode. Evo i drugih mojih uputstava za napajanje LED diodama, provjerite ostale bilješke i idejeOvaj članak donose vam MonkeyLectric i svjetlo za bicikle Monkey Light.

Korak 1: Pregled / Dijelovi

Postoji nekoliko uobičajenih metoda za napajanje LED dioda. Čemu sva ta gužva? Svodi se na ovo: 1) LED diode su vrlo osjetljive na napon koji se koristi za njihovo napajanje (tj. Struja se jako mijenja s malom promjenom napona) 2) Potrebni napon se malo mijenja kada se LED žaruljica zagrije ili hladnog zraka, a također ovisno o boji LED diode i proizvodnim pojedinostima. pa postoji nekoliko uobičajenih načina na koje se LED diode obično napajaju, a ja ću u sljedećim koracima preći na svaki od njih.

DijeloviOvaj projekt prikazuje nekoliko krugova za pogonske LED diode. za svaki od krugova koje sam u relevantnom koraku zabilježio potrebne dijelove, uključujući brojeve dijelova koje možete pronaći na www.digikey.com. kako bi se izbjegao mnogo dupliciranog sadržaja, ovaj projekt samo raspravlja o određenim sklopovima i njihovim prednostima i nedostacima. kako biste saznali više o tehnikama montaže i doznali brojeve LED dijelova te gdje ih možete nabaviti (i druge teme), pogledajte jedan od mojih drugih projekata LED dioda.

Korak 2: Podaci o performansama LED -a za napajanje - zgodan referentni grafikon

Dolje su navedeni neki osnovni parametri Luxeon LED dioda koje ćete koristiti za mnoge sklopove. Brojeve iz ove tablice koristim u nekoliko projekata, pa ih ovdje samo stavljam na jedno mjesto na koje se mogu lako pozvati. Luxeon 1 i 3 bez struje (točka isključivanja): bijela/plava/zelena/ cijan: pad od 2,4 V (= "LED napon naprijed") crvena/narančasta/žuta: pad od 1,8 VLuxeon-1 sa 300 mA struje: bijela/plava/zelena/cijan: pad od 3,3 V (= "prednji napon LED") crvena/narančasta /jantarno: 2,7 V dropLuxeon-1 sa 800mA struje (preko specifikacija): sve boje: 3,8V dropLuxeon-3 sa 300mA struje: bijelo/plavo/zeleno/cijan: 3,3 V dropred/narančasto/jantarno: 2,5 V dropLuxeon-3 sa 800 mA struja: bijela/plava/zelena/cijan: 3,8 V dropred/narančasta/jantarna: pad od 3,0 V (napomena: moji testovi se ne slažu sa specifikacijama) Luxeon-3 sa strujom od 1200 mA: crvena/narančasta/jantarna: pad od 3,3 V (napomena: moji se testovi ne slažu sa specifikacijama) Tipične vrijednosti za redovne "male" LED diode s 20mA su: crvena/narančasta/žuta: 2,0 V padalina/cijan/plava/ljubičasta/bijela: pad 3,5 V

Korak 3: Izravna snaga

Zašto jednostavno ne spojite bateriju ravno na LED? Čini se tako jednostavno! U čemu je problem? Mogu li to učiniti? Problem je pouzdanost, dosljednost i robusnost. Kao što je spomenuto, struja kroz LED diodu vrlo je osjetljiva na male promjene napona na LED diodi, kao i na temperaturu okoline LED diode, kao i na varijacije u proizvodnji LED diode. Dakle, kada samo spojite LED diodu na bateriju, nemate pojma koliko struje prolazi kroz nju. "ali što, zasvijetlilo je, zar ne?". u redu, naravno. ovisno o bateriji, možda imate previše struje (LED dioda se jako zagrijava i brzo izgara) ili premalo (LED dioda je prigušena). drugi problem je što čak i ako je LED dioda taman kada je prvi put spojite, ako je odnesete u novo okruženje koje je toplije ili hladnije, ona će ili zamračiti ili biti presvijetla i izgorjeti, jer je LED jako temperatura osjetljiv. varijacije proizvodnje također mogu uzrokovati varijabilnost. Možda ste sve to pročitali i razmišljate: "pa što!". ako je tako, plug napred i spojite izravno na bateriju. za neke aplikacije to može biti uspješan način.- Sažetak: ovo koristite samo za hakiranje, ne očekujte da će biti pouzdan ili dosljedan i očekujte da će usput izgorjeti neke LED diode.- Jedan poznati hack koji stavlja ovu metodu izuzetno je korisna LED Throwie. Napomene:- ako koristite bateriju, ova metoda će najbolje funkcionirati pomoću * malih * baterija, jer mala baterija djeluje kao da ima unutarnji otpornik u sebi. ovo je jedan od razloga zašto LED Throwie radi tako dobro.- ako to doista želite učiniti s LED-om za napajanje, a ne sa 3-centovitom LED, odaberite napon baterije tako da LED neće biti pune snage. ovo je drugi razlog zašto LED Throwie radi tako dobro.

Korak 4: Skromni otpornik

Ovo je daleko najrašireniji način napajanja LED dioda. Samo spojite otpornik u seriju sa svojim LED (ima).pros:- ovo je najjednostavnija metoda koja pouzdano radi- ima samo jedan dio- košta novčiće (zapravo, manje od novčića u količini) minusi:- nije jako učinkovit. morate kompromitirati izgubljenu snagu s dosljednom i pouzdanom svjetlinom LED -a. ako trošite manje energije na otporniku, dobivate manje dosljedne performanse LED-a.- morate promijeniti otpornik da biste promijenili svjetlinu LED-a ako značajno promijenite napajanje ili napon baterije, morate ponovno promijeniti otpornik.

Kako to učiniti: Postoji mnogo sjajnih web stranica koje već objašnjavaju ovu metodu. Obično želite saznati:- koju vrijednost otpornika upotrijebiti- kako serijski ili paralelno spojiti LED diode Pronašao sam dva dobra "LED kalkulatora" koji će vam omogućiti da samo unesete specifikacije na LED diodama i napajanju, a oni će dizajnirajte cijelu seriju/paralelni krug i otpornike za vas! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods/ledcalc/index_engKada koristite ove web kalkulatori, upotrijebite referentnu tablicu Power LED Data Handy Reference za trenutne i naponske brojeve koje kalkulator traži od vas. Ako koristite otporničku metodu sa LED diodama za napajanje, brzo ćete htjeti nabaviti mnogo jeftinih otpornika za napajanje! evo nekih jeftinih iz digikey-a: "Yageo SQP500JB" su serije otpornika od 5 vati.

Korak 5: Regulatori vještačenja

Prekidački regulatori, poznati i kao "DC-to-DC", "buck" ili "boost" pretvarači, su lijep način za napajanje LED dioda. oni sve to rade, ali su skupi. što točno "rade"? prekidački regulator može ili smanjiti ("buck") ili pojačati ("boost") ulazni napon napajanja do točnog napona koji je potreban za napajanje LED dioda. za razliku od otpornika, on stalno prati LED struju i prilagođava se kako bi je održao konstantnom. Sve to radi s 80-95% energetske učinkovitosti, bez obzira na to što je step-down ili step-up. Pros:-dosljedne LED performanse za širok raspon LED dioda i napajanja-visoka učinkovitost, obično 80-90% za pretvarače pojačanja i 90-95% za pretvarače dolara-mogu napajati LED diode i iz nižeg i višeg napona (pojačavanje ili smanjivanje)-neke jedinice mogu prilagoditi svjetlinu LED-a pakirane jedinice dizajnirane za napajanje LED-ima su dostupne i jednostavne za korištenjeConsons:- složeno i skupo: obično oko 20 USD za zapakiranu jedinicu. - za izradu vlastitih proizvoda potrebno je nekoliko dijelova i vještine elektrotehnike.

Jedan standardni uređaj dizajniran posebno za napajanje je Buckpuck iz LED Dynamics. Koristio sam jedno od njih u svom projektu prednjih svjetala sa snažnim vodstvom i bio sam jako zadovoljan s njim. ti su uređaji dostupni u većini LED web trgovina.

Korak 6: Nove stvari !! Izvor stalne struje #1

idemo na nove stvari! Prvi sklopovi sklopova su sve male varijacije na super-jednostavnom izvoru konstantne struje. Pros:- dosljedne performanse LED-a sa bilo kojim napajanjem i LED-ima- košta oko 1 USD samo 4 jednostavna dijela za povezivanje- učinkovitost može biti i više od 90% (s pravilnim odabirom LED-a i napajanja)- može podnijeti MNOGO snage, 20 ampera ili više bez problema.- mali "ispad"- ulazni napon može biti samo 0,6 volti veći od izlaznog napona.- iznimno širok radni raspon: između 3V i 60V ulazni priključci:- moraju promijeniti otpornik za promjenu svjetline LED-a- ako je loše konfiguriran, može trošiti toliko energije koliko i otpornička metoda- morate ga sami izgraditi (oh, pričekajte, to bi trebalo biti "za").- Ograničenje struje se malo mijenja s temperaturom okoline (može biti i "za"). Dakle, da sumiramo: ovaj krug radi jednako dobro kao i prekidač za snižavanje, jedina razlika je da ne jamči 90% učinkovitost. s pozitivne strane, to košta samo 1 USD.

Prvo najjednostavnija verzija: "Izvor niske struje s konstantnom strujom #1" Ovaj sklop predstavljen je u mom jednostavnom svjetlosnom projektu pod vodstvom napajanja. Kako to funkcionira?- Q2 (energetski NFET) koristi se kao promjenjivi otpornik. Q2 se uključuje s uključenim R1.- Q1 (mali NPN) koristi se kao prekidač osjetljivosti na prejaku struju, a R3 je "osjetni otpornik" ili "namješteni otpornik" koji aktivira Q1 kada teče prevelika struja. glavni tok struje prolazi kroz LED diode, kroz Q2 i kroz R3. Kad previše struje prođe kroz R3, Q1 će se početi uključivati, što počinje isključivati Q2. Isključivanjem Q2 smanjuje se struja kroz LED diode i R3. Tako smo stvorili "povratnu petlju", koja kontinuirano nadzire LED struju i održava je točno na zadanoj točki u svakom trenutku. tranzistori su pametni, ha!- R1 ima veliki otpor, pa kad se Q1 počne uključivati, lako nadjačava R1.- Rezultat je da se Q2 ponaša kao otpornik, a njegov otpor uvijek je savršeno podešen da LED struja ostane ispravna. Višak energije se sagorijeva u drugom tromjesečju. Stoga za maksimalnu učinkovitost želimo konfigurirati naš LED niz tako da bude blizu napona napajanja. Radit će dobro ako to ne učinimo, samo ćemo trošiti snagu. ovo je doista jedini nedostatak ovog kruga u usporedbi sa stepenastim prekidačkim regulatorom! postavljanje struje! vrijednost R3 određuje postavljenu struju. Proračuni:- LED struja je približno jednaka: 0,5 / R3- snaga R3: snaga raspršeno otporom iznosi približno: 0,25 / R3. odaberite vrijednost otpornika najmanje 2x izračunatu snagu kako otpornik ne bi zagrijao.pa za 700mA LED struju: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohma. najbliži standardni otpornik je 0,75 ohma. R3 snaga = 0,25 / 0,71 = 0,35 vata. trebat će nam nazivni otpornik od najmanje 1/2 vata. Korišteni dijelovi: R1: mali (1/4 vata) otprilike 100 k-oma otpornik (kao što je: serija Yageo CFR-25JB) R3: veliki (1 vat+) skup struje otpornik. (dobar izbor od 2 vata je: Panasonic ERX-2SJR serija) Q2: veliki (paket TO-220) N-kanalni FET na logičkoj razini (poput: Fairchild FQP50N06L) Q1: mali (paket TO-92) NPN tranzistor (kao što su: Fairchild 2N5088BU) Maksimalna ograničenja: jedino stvarno ograničenje strujnog kruga izvora nameće NFET Q2. Q2 ograničava krug na dva načina: 1) rasipanje snage. Q2 djeluje kao promjenjivi otpornik, smanjujući napon iz napajanja kako bi zadovoljio potrebe LED dioda. pa će Q2 trebati hladnjak ako postoji velika LED struja ili ako je napon izvora napajanja puno veći od napona LED niza. (Snaga Q2 = ispali volti * LED struja). Q2 može podnijeti samo 2/3 vata prije nego što vam zatreba neka vrsta hladnjaka. s velikim hladnjakom, ovaj krug može podnijeti MNOGO snage i struje - vjerojatno 50 vata i 20 ampera s ovim točno takvim tranzistorom, ali možete jednostavno staviti više tranzistora paralelno radi veće snage.2) napona. "G" pin na Q2 je ocijenjen samo za 20V, a s ovim najjednostavnijim krugom koji će ograničiti ulazni napon na 20V (recimo 18V da bude siguran). ako koristite drugi NFET, provjerite ocjenu "Vgs". toplinska osjetljivost: trenutna zadana vrijednost je donekle osjetljiva na temperaturu. to je zato što je Q1 okidač, a Q1 toplinski osjetljiv. gore navedeni dio nuber jedan je od najmanje termički osjetljivih NPN -ova koje sam mogao pronaći. čak i u tom slučaju, očekujte možda 30% smanjenje trenutne zadane vrijednosti pri prijelazu s -20C na +100C. to bi mogao biti željeni učinak, moglo bi spasiti vaš Q2 ili LED diode od pregrijavanja.

Korak 7: Poboljšanja izvora konstantne struje: #2 i #3

ove male izmjene na krugu #1 rješavaju ograničenje napona prvog kruga. moramo držati vrata NFET (G pin) ispod 20V ako želimo koristiti izvor napajanja veći od 20V. ispada da i mi želimo to učiniti kako bismo mogli spojiti ovaj krug s mikrokontrolerom ili računalom.

u krugu #2, dodao sam R2, dok sam u #3 zamijenio R2 sa Z1, zener diodom. sklop #3 je najbolji, ali uključio sam #2 jer je to brzi hack ako nemate pravu vrijednost zener diode. želimo postaviti napon G -pina na oko 5 volti - koristiti zener diodu od 4,7 ili 5,1 volta (poput: 1N4732A ili 1N4733A) - sve niže i Q2 se neće moći uključiti do kraja, bilo koje veće i neće raditi s većinom mikrokontrolera. ako je vaš ulazni napon ispod 10V, prebacite R1 za 22k-ohmski otpornik, zener dioda ne radi osim ako kroz njega prolazi 10uA. nakon ove izmjene, krug će raditi sa 60V s navedenim dijelovima, a prema potrebi možete lako pronaći Q2 višeg napona.

Korak 8: Malo mikro čini razliku

Što sad? povežite se s mikrokontrolerom, PWM-om ili računalom! sada imate potpuno digitalno kontrolirano LED svjetlo velike snage. Izlazni pinovi mikrokontrolera obično su ocijenjeni za 5,5 V, zato je zener dioda važna.ako vaš mikrokontroler je 3,3 V ili manji, morate koristiti krug #4 i postaviti izlazni pin vašeg mikrokontrolera na "otvoreni kolektor"-što omogućuje mikro da povuče pin, ali da ga otpornik R1 povuče do 5V koje su potrebne za potpuno uključivanje Q2.ako je vaš mikro 5V, tada možete upotrijebiti jednostavniji krug #5, uklanjajući Z1, i postaviti izlazni pin mikro u normalni način povlačenja/povlačenja - 5V mikro može sam uključiti Q2. Sad kad ste spojeni PWM ili mikro, kako napraviti digitalnu kontrolu svjetla? da biste promijenili svjetlinu svoje svjetlosti, "PWM" je: brzo trepćete i uključujete (200 Hz je dobra brzina) i mijenjate omjer uključivanja i isključivanja. To se može učiniti samo nekoliko redaka koda u mikrokontroleru. da biste to učinili koristeći samo '555' čip, isprobajte ovaj krug. za korištenje tog kruga riješite se M1, D3 i R2, a njihov Q1 je naš Q2.

Korak 9: Još jedna metoda zatamnjivanja

ok, pa možda ne želiš koristiti mikrokontroler? evo još jedne jednostavne izmjene na "krugu 1"

najjednostavniji način prigušenja LED dioda je promjena trenutne zadane vrijednosti. pa ćemo promijeniti R3! prikazano dolje, dodao sam R4 i prekidač paralelno s R3. pa je s otvorenim prekidačem struja postavljena pomoću R3, s zatvorenom sklopkom, struja je postavljena novom vrijednošću R3 paralelno s R4 - više struje. tako da sada imamo "velike snage" i "male snage" - savršene za svjetiljku. možda biste htjeli staviti brojčanik s promjenjivim otpornikom za R3? nažalost, ne čine ih tako niskim vrijednostima otpora, pa nam je za to potrebno nešto malo složenije. (pogledajte krug #1 za odabir vrijednosti komponente)

Korak 10: Analogni podesivi upravljački program

Ovaj krug omogućuje vam podešavanje svjetline, ali bez upotrebe mikrokontrolera. Potpuno je analogan! košta malo više - oko 2 USD ili 2,50 USD ukupno - nadam se da vam neće zamjeriti. Glavna razlika je u tome što se NFET zamjenjuje regulatorom napona. regulator napona smanjuje ulazni napon slično kao i NFET, ali je dizajniran tako da je njegov izlazni napon postavljen omjerom između dva otpornika (R2+R4 i R1). Strujni granični krug radi na isti način kao i do sada, u ovom slučaju smanjuje otpor preko R2, smanjujući izlaz regulatora napona. Ovaj krug vam omogućuje da podesite napon na LED -ima na bilo koju vrijednost pomoću brojčanika ili klizača, ali također ograničava struju LED -a kao i prije ne možete okrenuti brojčanik pored sigurne točke. Koristio sam ovaj krug u svom projektu osvjetljenja prostorije/točkaste rasvjete s RGB -om. molimo pogledajte gornji projekt za brojeve dijelova i odabir vrijednosti otpornika. Ovaj krug može raditi s ulaznim naponom od 5 V do 28 V i struje do 5 ampera (s hladnjakom na regulatoru)

Korak 11: * Jednostavniji * izvor struje

ok, pa ispada da postoji još jednostavniji način za stvaranje izvora konstantne struje. razlog zašto to nisam stavio na prvo mjesto je taj što ima i barem jedan značajan nedostatak.

Ovaj ne koristi NFET ili NPN tranzistor, samo ima jedan regulator napona. U usporedbi s prethodnim "jednostavnim izvorom struje" koji koristi dva tranzistora, ovaj krug ima: - još manje dijelova. - puno veći "ispad" od 2,4 V, što će značajno smanjiti učinkovitost pri napajanju samo 1 LED. ako napajate niz od 5 LED dioda, možda i nije tako velika stvar. - bez promjene trenutne zadane vrijednosti pri promjeni temperature - manji kapacitet struje (5 ampera - još uvijek dovoljno za puno LED dioda)

kako ga koristiti: otpornik R3 postavlja struju. formula je: Struja LED -a u amperima = 1,25 / R3 pa za struju od 550 mA, postavite R3 na 2,2 ohma obično će vam trebati otpornik snage, snaga R3 u vatima = 1,56 / R3 ovaj krug također ima nedostatak što jedini način korištenja s mikrokontrolerom ili PWM-om je uključivanje i isključivanje cijele stvari pomoću FET-a za napajanje. i jedini način za promjenu svjetline LED diode je promjena R3, pa pogledajte prethodnu shemu za "krug #5" koja prikazuje dodavanje prekidača male/velike snage u. Isključivanje regulatora: ADJ = pin 1 OUT = pin 2 IN = pin 3 dijela: regulator: ili LD1585CV ili LM1084IT-ADJ kondenzator: 10u do 100u kondenzator, 6,3 volta ili više (kao što je: Panasonic ECA-1VHG470) otpornik: otpornik od 2 vata (kao što je: serija Panasonic ERX-2J) ovo možete izgraditi s bilo kojim linearnim regulatorom napona, dva navedena imaju dobre opće performanse i cijenu. klasični "LM317" je jeftin, ali ispadanje je još veće - ukupno 3,5 volti u ovom načinu rada. sada postoji mnogo regulatora za površinsko montiranje s ultra niskim ispadima za nisku potrošnju struje, ako trebate napajati 1 LED iz baterije, na njih se može sjetiti.

Korak 12: Haha! Postoji još lakši način

Neugodno mi je reći da nisam sam razmišljao o ovoj metodi, saznao sam za nju kad sam rastavio svjetiljku koja je u sebi imala LED svjetlinu velike svjetline.

-------------- Stavite PTC otpornik (poznat i kao "osigurač koji se može resetirati PTC") u seriju sa svojom LED diodom. wow.ne postaje lakše od toga. -------------- u redu. Iako je jednostavna, ova metoda ima neke nedostatke: - Vaš pogonski napon može biti samo malo veći od napona LED -a "uključen". To je zato što PTC osigurači nisu dizajnirani za uklanjanje velike topline, pa morate paziti da napon na PTC -u bude prilično nizak. možete zalijepiti svoj ptc na metalnu ploču kako biste malo pomogli. - Nećete moći pokrenuti LED diodu najvećom snagom. PTC osigurači nemaju vrlo točnu struju "isključenja". Obično se razlikuju za faktor 2 od nominalne točke putovanja. Dakle, ako imate LED koji treba 500mA, a dobijete PTC ocijenjen na 500mA, završit ćete s 500mA do 1000mA - nije sigurno za LED. Jedini siguran izbor PTC-a je malo podcijenjen. Nabavite 250mA PTC, tada vam je najgori slučaj 500mA koju LED može podnijeti. ----------------- Primjer: Za jednu LED diodu nazivnom oko 3,4V i 500mA. Spojite se serijski s PTC -om snage oko 250 mA. Pogonski napon trebao bi biti oko 4,0 V.