LED svjetiljka modulirana širinom impulsa: 8 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:38

Modulacija širine impulsa (PWM) može se koristiti za promjenu snage, brzine ili svjetline mnogih uređaja. Sa LED diodama, PWM se može koristiti za njihovo prigušivanje ili pojačavanje. Koristit ću ih za izradu male ručne svjetiljke. LED dioda se može prigušiti brzim uključivanjem i isključivanjem, nekoliko puta u sekundi. Promjenom omjera razmaka, svjetlina se mijenja. Jednostavna implementacija PWM sustava bila bi sat koji dovodi LED i zaštitni otpornik na tlo. Sat bi idealno trebao oscilirati na frekvenciji od 50Hz kako ne bi vidio oscilacija. Da biste to provjerili, možete upotrijebiti generator signala za dobivanje kvadratnog vala, kao što je dolje, ili stvoriti krug koji će to učiniti umjesto vas.

Korak 1: Oscilator za opuštanje

Ovaj krug će proizvesti kvadratni val s radnim ciklusom od 50%. Dva 10K otpornika spojena na +ulaz op -pojačala daju referentni napon, a R1 i C1, spojeni na -ulaz, stvaraju vremensku konstantu koja kontrolira frekvenciju, f = 1/{2ln (3) RC}. Kondenzator C1 puni se i prazni kroz otpornik R1, a vrijeme potrebno za nastanak ovog ciklusa je razdoblje valnog oblika.

Korak 2: Oscilator za opuštanje

Definiranjem frekvencije u koraku 1, R1 se može zamijeniti potenciometrom RP s vrijednošću 2R1 i dvije diode. Ova izmjena omogućit će promjenu radnog ciklusa, uz održavanje konstantne frekvencije. Za potrebe općeg PWM LED -a, nema potrebe za apsolutnom preciznošću s frekvencijom. Ako postoji zahtjev za preciznošću, tada bi odabrani potenciometar trebao biti što bliži, ali ne više od 2R1, a kompenzacijski otpornik jednak R1-RP/2. Alternativno rješenje je korištenje dva otpornika u nizu s dvije diode, kako bi se dobio fiksni i unaprijed definirani radni ciklus.

Korak 3: Izlaz oscilatora za opuštanje

Signal sata može se spojiti izravno na jednu LED, ali to neće dopustiti da LED upravlja vanjskim logičkim izvorom. Umjesto toga, može biti lakše napajati ovaj izlaz na bazu tranzistora, a zatim upotrijebiti tranzistor za uključivanje i isključivanje LED diode. Razdjelnik potencijala na ulazu tranzistora je smanjenje izlaza opuštajućeg oscilatora, budući da u je isključeno, i dalje će izlaziti 2v. To se mora smanjiti na ispod 0,7v kako se ne bi uključio tranzistor, u protivnom LED će stalno svijetliti i kuhati.

Korak 4: Povećanje svjetline

Druga korisna primjena PWM -a sa LED -om je ta što kroz nju može proći struja veća od normalne, čineći je svjetlijom. Obično bi ova struja uništila LED, ali budući da je LED dioda uključena samo dio vremena, prosječna snaga provedena kroz LED diodu je unutar tolerancije. Granica ove struje definirana je u proizvođačevom podatkovnom listu za LED, identificirano kao prazna impulsna struja. Često postoje i detalji o minimalnoj širini impulsa i radnim ciklusima. Koristeći bijelu LED diodu kao primjer, slijedeće specifikacije date su kao: Prednja struja = 30 mAPulsna Napredna struja = 150 mAP Širina impulsa = <10 msRadni ciklus = <1: 10Korištenjem informacija o širini impulsa i radnom ciklusu, relaksacijski oscilator se može ponovno izračunati s T = 2ln (2) RCAPred pretpostavkom da se koristi kondenzator od 10nF i koji želi TON = 10ms i TOFF = 1ms, mogu se napraviti sljedeći izračuni, a zatim nacrtati dijagram kruga.

Korak 5: Povećanje snage

Drugi zahtjev za povećanje svjetline je povećanje struje koja teče kroz LED. Ovo je relativno ravno naprijed. Uz pretpostavku 5v logičkog napajanja LED -a, a iz podatkovnog lista standardni napon LED -a je 3,6v. Zaštitni otpornik može se izračunati oduzimanjem LED napona od napona napajanja, a zatim se to podijeli sa strujom. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10RI Ipak je vjerojatno da izvor napajanja LED dioda možda neće moći dati dovoljnu struju od 100 mA, čak i ako je to vrlo kratko vrijeme. Možda će biti potrebno napajanje LED diode kroz tranzistor, eventualno kontroliran od drugog tranzistora u seriji koji također može nositi struju. U ovom krugu, trebao bi se koristiti napon napajanja op-pojačala, jer će logičko napajanje od 5 V biti previše mali. Na oba tranzistora dolazi do pada od 0,7v, a preko LED -a za 3,6v, što ukupno iznosi 5v i ne ostavlja ništa za zaštitni otpornik. Međutim, za plamenicu, kontrola se može postaviti preko napajanja kruga. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Korak 6: Završni krug

Ispod je konačni dijagram kruga. Kada se implementira, prekidač će se postaviti na napajanje, a dodatnih pet parova LED otpornika bit će postavljeno paralelno s postojećim parom.

Korak 7: Ispitni krug

Ovo je jedna LED verzija kruga. Nije osobito uredno, ali je prototip i slijedi dijagram kruga iz koraka 7. Također možete vidjeti iz napajanja da se crpi samo 24 mA, u usporedbi s 30 mA ako je LED dioda bila normalno spojena. Iz treće slike koja sadrži dvije LED diode, čini se da su obje LED diode iste svjetline. Međutim, vrlo brzo LED s izravnim pogonom brzo se zagrijava dajući dobar razlog za PWM.

Korak 8: Gotova baklja

Prijenos kruga na veroboard je izazov, osobito kondenziranje opuštajućeg oscilatora tako da se uklapa u kućište. Glavna stvar koju treba provjeriti je da se žice ne križaju ili su dovoljno labave za ukrštanje. Dodavanje još 5 LED dioda, serijski prekidač s priključkom za bateriju, a zatim njihovo postavljanje u kućište je jednostavnije. Spajanjem izvora napajanja na priključak baterije radi ispitivanja kruga, prosječno očitanje struje bilo je približno 85 mA. Ovo je znatno manje od 180 mA (6*30 mA) što bi sustav izravnog pogona zahtijevao. Nisam otišao u detalje s prenosom kruga s matične ploče na veroboard, jer sam se želio koncentrirati na teoriju koja stoji iza ovog projekta, radije nego konkretno njegova proizvodnja. Međutim, kao opći vodič, trebali biste testirati krug i natjerati ga da radi na ploči, a zatim prenijeti komponente na vjeroboard, počevši od manjih komponenti. Ako ste kompetentni i brzi u lemljenju, možda ćete moći sigurno lemiti čip izravno na ploču, inače biste trebali koristiti držač čipova.