Gonilni tokokrogi LED z veliko močjo: 12 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:08

LED z visoko močjo: prihodnost razsvetljave!

ampak … kako jih uporabljaš? kje jih dobiš? 1-vatne in 3-vatne LED diode so zdaj široko dostopne v razponu od 3 do 5 USD, zato sem v zadnjem času delal na kopici projektov, ki jih uporabljajo. pri tem me je motilo, da so edine možnosti, o katerih kdo govori za pogon LED,: (1) upor ali (2) res drag elektronski pripomoček. zdaj, ko LED stane 3 USD, je narobe, če plačate 20 USD za napravo, da jih poganja! Zato sem se vrnil v knjigo "Analogna vezja 101" in ugotovil nekaj preprostih vezij za pogonske LED diode, ki stanejo le 1 ali 2 USD. Ta navodila vam bodo dala udarec po vseh različnih vrstah vezij za napajanje velikih LED, vse od uporov do preklapljanja zalog, z nekaj nasveti o vseh, seveda pa bo dala veliko podrobnosti o moji novi enostavni moči LED -gonilniška vezja in kdaj/kako jih uporabljati (in do sedaj imam še 3 druga navodila, ki uporabljajo ta vezja). Nekatere od teh informacij so na koncu zelo koristne tudi za majhne LED diode, tukaj so še moja druga navodila za napajanje LED, te poiščite za druge opombe in ideje Ta članek vam prinašata MonkeyLectric in kolesarska luč Monkey Light.

1. korak: Pregled / Deli

Obstaja več pogostih načinov za napajanje LED. Zakaj vsa ta muka? Izhaja iz tega: 1) LED diode so zelo občutljive na napetost, ki se uporablja za njihovo napajanje (tj. Tok se ob majhni spremembi napetosti zelo spremeni) 2) Zahtevana napetost se nekoliko spremeni, ko je LED vroča oz. hladnega zraka, pa tudi glede na barvo LED in podrobnosti izdelave. zato obstaja več pogostih načinov, na katere se LED običajno napajajo, in v naslednjih korakih bom podrobno opisal vsako.

Deli Ta projekt prikazuje več vezij za pogonske LED diode. za vsako vezje sem na ustreznem koraku zapisal potrebne dele, vključno s številkami delov, ki jih najdete na www.digikey.com. da bi se izognili veliko podvojenim vsebinam, ta projekt obravnava le določena vezja ter njihove prednosti in slabosti. če želite izvedeti več o tehnikah montaže in izvedeti številke delov LED ter kje jih lahko dobite (in druge teme), se obrnite na enega od mojih drugih projektov LED za napajanje.

2. korak: Podatki o zmogljivosti LED za napajanje - priročna referenčna tabela

Spodaj je nekaj osnovnih parametrov LED Luxeon, ki jih boste uporabljali za številna vezja. Številke iz te tabele uporabljam v več projektih, zato jih vse postavljam na eno mesto, na katerega se lahko enostavno sklicujem. Luxeon 1 in 3 brez toka (izklopna točka): bela/modra/zelena/ cijan: padec 2,4 V (= "sprednja napetost LED") rdeča/oranžna/oranžna: padec 1,8 V Luxeon-1 s tokom 300 mA: bela/modra/zelena/cijan: padec 3,3 V (= "sprednja napetost LED") rdeča/oranžna /oranžna: 2,7 V padec Luxeon-1 s tokom 800 mA (nad specifikacijami): vse barve: padec 3,8 V Luxeon-3 s tokom 300 mA: bela/modra/zelena/cijan: 3,3 V dropred/oranžna/jantarna: 2,5 V padec Luxeon-3 z 800 mA tok: bela/modra/zelena/cijan: 3,8 V dropred/oranžna/oranžna: padec 3,0 V (opomba: moji testi se ne strinjajo s specifikacijo) Luxeon-3 s tokom 1200 mA: rdeča/oranžna/oranžna: padec 3,3 V (opomba: moji testi se ne strinjajo s specifikacijo) Tipične vrednosti za običajne "majhne" LED z 20 mA so: rdeča/oranžna/rumena: 2,0 V padajoče zelena/cijan/modra/vijolična/bela: 3,5 V padec

3. korak: Neposredna moč

Zakaj preprosto ne priključite baterije neposredno na LED? Zdi se tako preprosto! V čem je problem? Ali lahko to kdaj storim? Težava je v zanesljivosti, doslednosti in robustnosti. Kot smo že omenili, je tok skozi LED zelo občutljiv na majhne spremembe napetosti na LED, pa tudi na temperaturo okolice LED in tudi na proizvodne razlike LED. Torej, ko samo priklopite LED na baterijo, ne veste, koliko toka teče skozi to. "pa kaj, zasvetilo je, kajne?". ok seveda. odvisno od baterije imate morda prevelik tok (LED se zelo segreje in hitro izgori) ali premalo (LED je zatemnjen). druga težava je v tem, da tudi če je LED -lučka ravno prava, ko jo prvič priključite, če jo vzamete v novo okolje, ki je bolj vroče ali hladnejše, se bo potemnila ali preveč osvetlila in izgorela, ker je LED zelo temperaturna občutljiv. variacije proizvodnje lahko povzročijo tudi variabilnost. Morda ste vse to prebrali in razmišljate: "pa kaj!". če je tako, plužite naprej in priključite desno na akumulator. za nekatere aplikacije je to lahko prava pot.- Povzetek: to uporabite samo za krampanje, ne pričakujte, da bo zanesljivo ali dosledno, in pričakujte, da bo na tej poti izgorelo nekaj LED diod.- Eden znanih kramp, ki postavlja to metodo Za izjemno dobro uporabo je LED Throwie. Opombe:- če uporabljate baterijo, bo ta metoda najbolje delovala z * majhnimi * baterijami, ker majhna baterija deluje, kot da ima v sebi notranji upor. to je eden od razlogov, zakaj LED Throwie deluje tako dobro.- če želite to narediti z LED-diodo za vklop in ne s 3-centovsko LED, izberite napetost baterije, da LED ne bo pri polni moči. to je drugi razlog, da LED Throwie deluje tako dobro.

4. korak: Skromni upor

To je daleč najpogosteje uporabljena metoda za napajanje LED. Samo zaporedno priključite upor na svoje LED diode. Pros:- to je najpreprostejša metoda, ki deluje zanesljivo- ima le en del- stane penijev (dejansko manj kot peni v količini) slabosti:- ni zelo učinkovit. izgubo energije morate zamenjati s konstantno in zanesljivo svetlostjo LED. če porabite manj energije v uporu, dobite manj konstantno delovanje LED.- morate upor spremeniti, da spremenite svetlost LED- če bistveno spremenite napajalnik ali napetost akumulatorja, morate upor znova spremeniti.

Kako to storiti: Obstaja veliko odličnih spletnih strani, ki že razlagajo to metodo. Običajno želite ugotoviti:- kakšno vrednost upora uporabiti- kako serijsko ali vzporedno priključiti LED diode Ugotovil sem dva dobra "kalkulatorja LED", ki vam bosta omogočila, da vnesete le specifikacije LED in napajalnika. za vas oblikujte celotno serijo/vzporedno vezje in upore! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods/ledcalc/index_eng Pri uporabi teh spletnih strani kalkulatorji, uporabite priročno referenčno tabelo podatkov o napajanju LED za trenutne in napetostne številke, ki jih kalkulator zahteva. tukaj je nekaj poceni od digikey: "Yageo SQP500JB" so 5-vatni upori.

5. korak: Regulatorji $ witching

Preklopni regulatorji, imenovani "DC-to-DC", "buck" ali "boost" pretvorniki, so domišljijski način za napajanje LED. naredijo vse, vendar so dragi. kaj točno "počnejo"? stikalni regulator lahko zniža vhodno napetost napajanja ("buck") ali step ("boost") do natančne napetosti, ki je potrebna za napajanje LED. za razliko od upora neprestano spremlja LED tok in se prilagaja, da ostane konstanten. Vse to naredi z 80-95% energetsko učinkovitostjo, ne glede na to, koliko je stopnjevanje navzgor ali navzgor. Pros:-dosledna zmogljivost LED za široko paleto LED in napajalnikov-visoka učinkovitost, običajno 80-90% za ojačevalne pretvornike in 90-95% za pretvornike dolarjev-lahko napajajo LED iz nižjih ali višjih napetostnih virov (povečanje ali znižanje)-nekatere enote lahko prilagodijo svetlost LED-na voljo so enote, ki so namenjene za napajanje LED za uporaboCons:- zapleteno in drago: običajno približno 20 USD za pakirano enoto. - za lastno izdelavo je potrebnih več delov in veščin elektrotehnikez.

Ena standardna naprava, izdelana posebej za napajalnike, je Buckpuck iz LED Dynamics. Enega od teh sem uporabil v svojem projektu žarometov z močjo in sem bil z njim zelo zadovoljen. te naprave so na voljo v večini spletnih trgovin LED.

6. korak: Nove stvari !! Vir stalnega toka #1

pojdimo k novim stvarem! Prvi sklop vezij so vse majhne variacije na super preprostem viru konstantnega toka. Pros:- dosledna zmogljivost LED z vsemi napajalniki in LED- stane približno 1 USD samo 4 preproste dele za povezavo- učinkovitost je lahko več kot 90% (z ustrezno izbiro LED in napajalnika)- lahko prenese veliko energije, 20 amperov ali več brez težav.- nizek "izpad"- vhodna napetost je lahko za 0,6 volta višja od izhodne napetosti.- izredno široko območje delovanja: med 3V in 60V vhodni priključki:- za spremembo svetlosti LED mora spremeniti upor;- če je slabo nastavljen, lahko izgubi toliko energije kot metoda upora- morate ga zgraditi sami (oh, počakajte, to bi moralo biti biti "pro").- omejitev toka se nekoliko spreminja s temperaturo okolice (lahko je tudi "pro"). Če povzamemo: to vezje deluje tako dobro kot regulator preklapljanja navzdol, edina razlika je da ne zagotavlja 90% učinkovitosti. na pozitivni strani pa stane le 1 dolar.

Najprej najpreprostejša različica: "Nizkocenovni konstantni vir toka #1" To vezje je predstavljeno v mojem preprostem svetlobnem projektu z napajanjem. Kako deluje?- Q2 (napajalni NFET) se uporablja kot spremenljiv upor. Q2 se zažene z vklopom R1.- Q1 (majhen NPN) se uporablja kot stikalo za zaznavanje prekomernega toka, R3 pa je "čutni upor" ali "nastavljeni upor", ki sproži Q1, ko teče preveč toka. glavni tok teče skozi LED diode, skozi Q2 in skozi R3. Ko skozi R3 teče preveč toka, se začne vklopiti Q1, ki začne izklapljati Q2. Izklop Q2 zmanjša tok skozi LED in R3. Tako smo ustvarili "povratno zanko", ki stalno spremlja tok LED in ga ves čas drži točno pri nastavljeni točki. tranzistorji so pametni, huh!- R1 ima visoko odpornost, tako da se, ko se Q1 vklopi, zlahka premaga R1.- Rezultat je, da Q2 deluje kot upor, njegov upor pa je vedno popolnoma nastavljen, da LED tok ostane pravilen. Vsa presežna moč se porabi v drugem četrtletju. Tako želimo za največjo učinkovitost naš LED niz konfigurirati tako, da bo blizu napetosti napajanja. Če tega ne storimo, bo delovalo v redu. to je res edina pomanjkljivost tega vezja v primerjavi s preklopnim regulatorjem za znižanje! nastavitev toka! vrednost R3 določa nastavljeni tok. Izračuni:- tok LED je približno enak: 0,5 / R3- moč R3: moč razprši upor približno: 0,25 / R3. izberite vrednost upora vsaj 2x moč, izračunano, da se upor ne segreje. zato za LED tok 700 mA: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohma. najbližji standardni upor je 0,75 ohma, moč R3 = 0,25 / 0,71 = 0,35 vata. Potrebovali bomo vsaj 1/2 vatni nazivni upor. Uporabljeni deli: R1: majhen (1/4 vata) približno 100 k-ohmski upor (na primer: serija Yageo CFR-25JB) R3: velik (1 vat+) tok upor. (dobra izbira 2 vatov je: serija Panasonic ERX-2SJR) Q2: velik (paket TO-220) N-kanalni FET na logični ravni (na primer: Fairchild FQP50N06L) Q1: majhen (paket TO-92) NPN tranzistor (kot so: Fairchild 2N5088BU) Največje omejitve: edina dejanska omejitev tokokroga tokovnega vira je določena z NFET Q2. Q2 omejuje vezje na dva načina: 1) odvajanje moči. Q2 deluje kot spremenljiv upor, ki zmanjšuje napetost iz napajalnika, da ustreza potrebam LED. zato bo Q2 potreboval hladilnik, če je LED velik tok ali če je napetost vira napajanja veliko višja od napetosti LED niza. (Moč Q2 = padli volti * LED tok). Q2 zmore le 2/3 vata, preden potrebujete nekakšen hladilnik. z velikim hladilnikom lahko to vezje prenese veliko moči in toka - verjetno 50 vatov in 20 amperov s tem natančnim tranzistorjem, vendar lahko za večjo moč samo vzporedno postavite več tranzistorjev. pin "G" na Q2 je ocenjen le za 20V in s tem najpreprostejšim vezjem, ki bo omejilo vhodno napetost na 20V (recimo 18V za varnost). če uporabljate drug NFET, preverite oceno "Vgs". toplotna občutljivost: trenutna nastavljena vrednost je nekoliko občutljiva na temperaturo. to je zato, ker je Q1 sprožilec, Q1 pa je toplotno občutljiv. zgoraj navedeni del nuber i je eden najmanj toplotno občutljivih NPN -jev, ki sem jih našel. kljub temu pričakujte morda 30% zmanjšanje trenutne nastavljene vrednosti, ko se premaknete z -20C na +100C. to je lahko želeni učinek, lahko vaše Q2 ali LED -je reši pred pregrevanjem.

Korak 7: Prilagoditve vira konstantnega toka: #2 in #3

te majhne spremembe v krogu št. 1 obravnavajo omejitev napetosti prvega vezja. Vrata NFET (G pin) moramo ohraniti pod 20 V, če želimo uporabiti vir energije večji od 20 V. izkazalo se je, da želimo tudi to narediti, da lahko to vezje povežemo z mikrokrmilnikom ali računalnikom.

v krogu #2 sem dodal R2, medtem ko sem v #3 zamenjal R2 z Z1, zener diodo. vezje 3 je najboljše, vendar sem vključil #2, saj je hiter kramp, če nimate prave vrednosti zener diode. želimo napetost G -pina nastaviti na približno 5 voltov - uporabite zener diodo 4,7 ali 5,1 volta (na primer: 1N4732A ali 1N4733A) - vse nižje in Q2 se ne bodo mogli vklopiti do konca, višje in ne bo delovalo z večino mikrokrmilnikov. če je vaša vhodna napetost pod 10V, preklopite R1 za 22k-ohmski upor, zener dioda ne deluje, razen če gre skozi 10uA. po tej spremembi bo vezje upravljalo 60V z navedenimi deli in po potrebi lahko preprosto najdete Q2 z višjo napetostjo.

8. korak: Majhen mikro naredi razliko

Kaj pa zdaj? povežite z mikrokrmilnikom, PWM-jem ali računalnikom! zdaj imate popolnoma digitalno nadzorovano LED-luč z visoko močjo. vaš mikrokrmilnik je 3,3 V ali manj, morate uporabiti vezje 4 in nastaviti izhodni zatič mikrokrmilnika na "odprt kolektor"-kar mikro omogoča, da izvleče zatič, vendar ga upor R1 potegne do 5 V, ki je potreben za popoln vklop Q2. Če je vaš mikro 5V, potem lahko uporabite preprostejše vezje #5, ki odpravlja Z1, in nastavite izhodni zatič mikro na običajen način pull-up/pull-down - 5V mikro lahko sam vklopi Q2. zdaj, ko imate priključen PWM ali mikro, kako naredite digitalni nadzor svetlobe? če želite spremeniti jakost svetlobe, jo "PWM": hitro utripate in vklopite (200 Hz je dobra hitrost) ter spremenite razmerje med časom vklopa in časom izklopa. to lahko storite samo z nekaj vrstic kode v mikrokrmilniku. če želite to narediti samo s čipom '555', poskusite s tem vezjem. za uporabo tega vezja se znebite M1, D3 in R2, njihov Q1 pa je naš Q2.

9. korak: Druga metoda zatemnitve

ok, morda ne želite uporabljati mikrokrmilnika? tukaj je še ena preprosta sprememba "kroga št. 1"

najpreprostejši način zatemnitve LED je spremeniti trenutno nastavljeno vrednost. zato bomo spremenili R3! kot je prikazano spodaj, sem vzporedno z R3 dodal stikalo R4 in stikalo. tako je pri odprtem stikalu tok nastavljen z R3, pri zaprtem stikalu je tok nastavljen z novo vrednostjo R3 vzporedno z R4 - večji tok. tako da imamo zdaj "visoko moč" in "nizko moč" - kot nalašč za svetilko. morda bi rad dal številčnico s spremenljivim uporom za R3? na žalost jih ne naredijo s tako nizko vrednostjo upora, zato za to potrebujemo nekaj bolj zapletenega. (glejte vezje 1 za izbiro vrednosti komponent)

10. korak: Analogno nastavljiv gonilnik

To vezje vam omogoča nastavljivo svetlost, vendar brez uporabe mikrokrmilnika. Je popolnoma analogen! stane malo več - približno 2 USD ali 2,50 USD - upam, da vam ne bo žal. Glavna razlika je v tem, da se NFET zamenja z regulatorjem napetosti. regulator napetosti zmanjšuje vhodno napetost, podobno kot NFET, vendar je zasnovan tako, da je njegova izhodna napetost nastavljena z razmerjem med dvema uporoma (R2+R4 in R1). Tokokrožno mejno vezje deluje na enak način kot prej, tudi v tem primeru zmanjša upor na R2, s čimer se zmanjša izhod regulatorja napetosti. To vezje omogoča nastavitev napetosti na LED -jih na poljubno vrednost s številčnico ali drsnikom, vendar omejuje tudi tok LED kot prej ne morete obrniti številčnice mimo varne točke. To vezje sem uporabil v svojem projektu osvetlitve sobe/točkovne osvetlitve RGB. prosimo, da si ogledate zgornji projekt za številke delov in izbiro vrednosti upora. to vezje lahko deluje z vhodno napetostjo od 5 V do 28 V in do 5 amperov toka (s hladilnikom na regulatorju)

11. korak: * Še enostavnejši * Trenutni vir

V redu, izkazalo se je, da obstaja še enostavnejši način za ustvarjanje vira s konstantnim tokom. razlog, da tega nisem dal na prvo mesto, je, da ima tudi vsaj eno pomembno pomanjkljivost.

Ta ne uporablja tranzistorja NFET ali NPN, ima samo en regulator napetosti. V primerjavi s prejšnjim "preprostim virom toka", ki uporablja dva tranzistorja, ima to vezje: - še manj delov. - veliko večji "izpad" 2,4 V, kar bo znatno zmanjšalo učinkovitost pri napajanju samo 1 LED. če napajate niz 5 LED, morda ni tako velik problem. - brez spremembe trenutne nastavljene vrednosti pri spremembah temperature - manjša trenutna zmogljivost (5 amperov - še vedno dovolj za veliko LED diod)

kako ga uporabiti: upor R3 nastavi tok. formula je: LED tok v amperih = 1,25 / R3, zato za tok 550 mA nastavite R3 na 2,2 ohma običajno potrebujete močnostni upor, moč R3 v vatih = 1,56 / R3 ima to vezje tudi pomanjkljivost, da je edini Način uporabe z mikrokrmilnikom ali PWM je vklop in izklop celotne stvari z napajalnim FET. in edini način za spreminjanje svetlosti LED je sprememba R3, zato glejte prejšnjo shemo za "vezje #5", ki prikazuje dodajanje stikala za nizko/visoko moč v. izhod regulatorja: ADJ = pin 1 OUT = pin 2 IN = pin 3 deli: regulator: bodisi LD1585CV ali LM1084IT-ADJ kondenzator: 10u do 100u kondenzator, 6,3 voltov ali več (na primer: Panasonic ECA-1VHG470) upor: najmanj 2-vatni upor (na primer: serija Panasonic ERX-2J) to lahko zgradite s skoraj vsakim linearnim regulatorjem napetosti, oba našteta imata dobro splošno zmogljivost in ceno. klasični "LM317" je poceni, vendar je osip še večji - v tem načinu skupaj 3,5 voltov. zdaj obstaja veliko regulatorjev za površinsko vgradnjo z izredno nizkimi izpadi za uporabo pri nizkem toku, če morate napajati 1 LED iz baterije, je to vredno razmisliti.

12. korak: Haha! Obstaja še lažji način

Sram me je reči, da na to metodo nisem pomislil sam, zanjo sem se naučil, ko sem razstavil svetilko, ki je imela v sebi LED z visoko svetlostjo.

-------------- Upor PTC (znan tudi kot "varovalka za ponastavitev PTC") zaporedno postavite z LED. wow.ne gre lažje od tega. -------------- v redu. Čeprav je ta metoda preprosta, ima nekaj pomanjkljivosti: - Vaša napetost pri vožnji je lahko le nekoliko višja od napetosti "vklopljene" LED. To je zato, ker varovalke PTC niso zasnovane tako, da se znebijo veliko toplote, zato morate znižano napetost na PTC ohraniti dokaj nizko. lahko malo prilepite svoj ptc na kovinsko ploščo. - LED diode ne boste mogli poganjati pri največji moči. Varovalke PTC nimajo zelo natančnega "izklopnega" toka. Običajno se razlikujejo za faktor 2 od ocenjene točke potovanja. Torej, če imate LED, ki potrebuje 500mA, in dobite PTC, ocenjeno na 500mA, boste na koncu dobili od 500mA do 1000mA - za LED ni varno. Edina varna izbira PTC je nekoliko podcenjena. Pridobite 250mA PTC, potem bo vaš najslabši primer 500mA, ki ga lahko obvlada LED. ----------------- Primer: Za eno LED z nazivno močjo približno 3,4 V in 500 mA. Priključite zaporedno s PTC z močjo približno 250 mA. Pogonska napetost mora biti približno 4,0 V.