Krugovi LED upravljača velike snage: 12 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:09

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 opcije o kojima se govori o upravljanju LED diodama jedine opcije: (1) otpornik ili (2) zaista skup elektronički gizmo. sada kada LED koštaju 3 USD, nije u redu plaćati 20 USD za uređaj koji ih upravlja! Vratio sam se u knjigu "Analogni krugovi 101" i smislio nekoliko jednostavnih kola za pogonske LED diode koji koštaju samo 1 ili 2 USD. Ova instrukcija će vam dati udarac u udar svih različitih vrsta kola za napajanje velikih LED dioda, od otpornika do prekidača, s nekoliko savjeta o svima njima, i naravno dat će mnogo detalja o mojoj novoj jednostavnoj Power LED sklopovi upravljačkih programa i kada/kako ih koristiti (a do sada imam 3 druge upute koje koriste ove sklopove). Neke od ovih informacija postaju prilično korisne i za male LED diode. Evo i drugih mojih uputstava za napajanje LED diodama, provjerite ih za ostale bilješke i idejeOvaj članak vam donose MonkeyLectric i svjetlo za bicikle Monkey Light.

Korak 1: Pregled / Dijelovi

Postoji nekoliko uobičajenih metoda za napajanje LED dioda. Čemu sva ta gužva? To se svodi na sljedeće: 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 detaljima. pa postoji nekoliko uobičajenih načina na koje se LED diode obično napajaju, a ja ću prijeći na svaki od njih u sljedećim koracima.

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. da biste saznali više o tehnikama montaže i saznali brojeve LED dioda i gdje ih možete nabaviti (i druge teme), pogledajte jedan od mojih drugih projekata napajanja LED diodama.

Korak 2: Podaci o performansama LED dioda za napajanje - zgodna referentna tabela

Ispod su neki osnovni parametri Luxeon LED dioda koje ćete koristiti za mnoga kola. Brojke 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 napredni napon") crvena/narandžasta/žuta: pad od 1,8 VLuxeon-1 sa 300mA strujom: bijela/plava/zelena/cijan: pad od 3,3 V (= "prednji napon LED") crvena/narandžasta /žuto: 2.7V dropLuxeon-1 sa 800mA strujom (preko specifikacija): sve boje: 3.8V dropLuxeon-3 sa 300mA strujom: bijelo/plavo/zeleno/cijan: 3.3V dropred/narandžasto/jantarno: 2.5V dropLuxeon-3 sa 800mA struja: bijela/plava/zelena/cijan: 3,8 V dropred/narančasta/žuta: pad od 3,0 V (napomena: moji testovi se ne slažu sa specifikacijama) Luxeon-3 sa strujom 1200 mA: crvena/narančasta/žuta: pad od 3,3 V (napomena: moji testovi se ne slažu sa specifikacijama) Tipične vrijednosti za redovne "male" LED diode sa 20mA su: crvena/narandžasta/žuta: 2,0 V pad zeleno/cijan/plavo/ljubičasto/bijelo: pad 3,5 V

Korak 3: Direktno napajanje

Zašto jednostavno ne spojite bateriju ravno na LED? Čini se tako jednostavno! Šta je problem? Mogu li to učiniti? Problem je u pouzdanosti, dosljednosti i robusnosti. Kao što je spomenuto, struja kroz LED diodu je vrlo 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 šta, zasvijetlilo je, zar ne?". ok svakako. 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 povežete, 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 osetljiv. proizvodne varijacije također mogu uzrokovati varijacije. Možda ste sve to pročitali i razmišljate: "pa što!". ako je tako, plug napred i spojite desno na bateriju. za neke aplikacije to može biti pravi način.- Sažetak: ovo koristite samo za hakiranje, ne očekujte da će biti pouzdano ili dosljedno 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 unutrašnji otpornik u sebi. ovo je jedan od razloga zašto LED Throwie radi tako dobro.- ako to zaista želite učiniti sa LED-om za napajanje, a ne sa 3-centovsnom LED-om, odaberite napon baterije tako da LED-ica neće biti pune snage. ovo je drugi razlog zašto LED Throwie radi tako dobro.

Korak 4: Skromni otpornik

Ovo je daleko najčešće korištena metoda za napajanje LED dioda. Samo spojite otpornik u seriju sa svojim LED (ima).pros:- ovo je najjednostavnija metoda koja pouzdano radi- ima samo jedan dio- košta peni (zapravo, u količini manjoj od penija) minusi:- nije jako efikasan. morate ustupiti izgubljenu snagu u odnosu na konzistentnu i pouzdanu svjetlinu LED -a. ako trošite manje energije na otporniku, dobivate manje konzistentne performanse LED-a.- morate promijeniti otpornik da biste promijenili svjetlinu LED-a ako značajno promijenite napajanje ili napon baterije, morate ponovo 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. Pronašla sam dva dobra "LED kalkulatora" koji će vam omogućiti da samo unesete specifikacije na LED-ovima i napajanju, a oni će dizajnirajte cijelu seriju/paralelno kolo 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 stranice kalkulatori, upotrijebite referentnu tablicu Power LED Data Handy Reference za trenutne i naponske brojeve koje kalkulator traži. 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. šta tačno "rade"? prekidački regulator može ili smanjiti ("buck") ili pojačati ("boost") ulazni napon napajanja do tačnog 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 sa 80-95% energetske efikasnosti, bez obzira na to koliko je step-down ili step-up. Pros:-konzistentne LED performanse za širok raspon LED dioda i napajanja-visoka efikasnost, obično 80-90% za pretvarače pojačanja i 90-95% za pretvarače dolara-LED diode se mogu napajati iz nižih ili viših naponskih izvora (step-up ili step-down)-neke jedinice mogu prilagoditi svjetlinu LED-a pakirane jedinice dizajnirane za power-LED su dostupne i jednostavne za korištenje Konzola:- složeno i skupo: obično oko 20 USD za zapakovanu 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 ovih u svom projektu prednjih svjetala sa napajanjem i bio sam vrlo zadovoljan s njim. ovi uređaji su dostupni u većini LED web trgovina.

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

Idemo na nove stvari! Prvi set kola su sve male varijacije na super-jednostavnom izvoru konstantne struje. Pros:- konzistentne performanse LED-a sa bilo kojim napajanjem i LED-ima- košta oko 1 USD samo 4 jednostavna dijela za povezivanje- efikasnost može biti i preko 90% (uz odgovarajući izbor LED-a i napajanja)- može podnijeti MNOGO snage, 20 ampera ili više bez problema.- nizak "ispad"- ulazni napon može biti samo 0,6 volti veći od izlaznog napona.- superširok radni raspon: između 3V i 60V ulazni priključci:- moraju promijeniti otpornik da promijene svjetlinu LED-a- ako je loše konfiguriran može trošiti toliko energije koliko i otpornički način- morate ga sami izgraditi (oh, čekajte, 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 garantuje 90% efikasnost. sa pozitivne strane, košta samo 1 USD.

Prvo najjednostavnija verzija: "Low Cost Constant Current Source #1" Ovo kolo je predstavljeno u mom jednostavnom svjetlosnom projektu sa napajanjem. Kako to funkcionira?- Q2 (NFET sa snagom) se koristi kao promjenjivi otpornik. Q2 se uključuje s uključenim R1.- Q1 (mali NPN) koristi se kao prekidač za osjet prekomerne struje, a R3 je "otpornik osjetnika" ili "namješteni otpornik" koji aktivira Q1 kada teče previše struje. glavni tok struje je 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 nadgleda LED struju i održava je točno na zadanoj točki u svakom trenutku. tranzistori su pametni, ha!- R1 ima veliki otpor, tako da kada se Q1 počne uključivati, lako nadjačava R1.- Rezultat je da se Q2 ponaša kao otpornik, a njegov otpor je uvijek savršeno podešen kako bi LED struja bila ispravna. Višak energije se sagorijeva u drugom tromjesečju. Stoga za maksimalnu učinkovitost želimo konfigurirati naš LED niz tako da bude blizu napona napajanja. Bit će dobro ako to ne učinimo, samo ćemo trošiti energiju. ovo je zaista jedini nedostatak ovog kruga u usporedbi sa stepenastim prekidačem! postavljanje struje! vrijednost R3 određuje postavljenu struju. Proračuni:- LED struja je približno jednaka: 0,5 / R3- snaga R3: snaga raspršeno otporom je približno: 0,25 / R3. odaberite vrijednost otpornika najmanje 2x izračunatu snagu kako otpornik ne bi zagrijao. tako 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. Upotrijebljeni 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 logičkom nivou (kao što je: 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. tako da će Q2 trebati hladnjak ako postoji velika LED struja ili ako je napon izvora napajanja mnogo veći od napona LED niza. (Snaga Q2 = ispali volti * LED struja). Q2 može izdržati 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 preciznim tranzistorom, ali možete jednostavno postaviti više tranzistora paralelno za veću snagu.2) napona. pin "G" 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 je termički osjetljiv. gore navedeni nuber dijela jedan je od najmanje termički osjetljivih NPN -ova koje sam mogao pronaći. čak i u tom slučaju, očekujte možda smanjenje od 30% trenutne zadane vrijednosti kada prijeđete sa -20C na +100C. to može biti željeni efekat, moglo bi spasiti vaš Q2 ili LED diode od pregrijavanja.

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

ove male izmjene na krugu #1 odnose se na ograničenje napona prvog kruga. moramo držati vrata NFET (G pin) ispod 20V ako želimo koristiti izvor napajanja veći od 20V. ispalo je da i mi želimo to učiniti kako bismo ovo kolo mogli povezati s mikrokontrolerom ili računarom.

u krugu #2, dodao sam R2, dok sam u #3 zamijenio R2 sa Z1, zener diodom. krug #3 je najbolji, ali uključio sam #2 jer je to brz 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 (kao što je: 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 sa navedenim dijelovima, a po potrebi ćete lako pronaći Q2 višeg napona.

Korak 8: Malo mikro čini razliku

Šta sad? povežite se s mikrokontrolerom, PWM-om ili računarom! sada imate potpuno digitalno kontrolirano LED svjetlo velike snage. Izlazni pinovi mikrokontrolera obično su ocijenjeni samo za 5,5 V, zato je zener dioda važna. vaš mikrokontroler je 3,3 V ili manji, morate koristiti krug #4 i postaviti izlazni pin vašeg mikrokontrolera na "otvoreni kolektor"-što omogućava 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 - mikrofon od 5V može sam uključiti Q2. Sada kada imate priključen PWM ili mikro, kako napraviti digitalnu kontrolu svjetla? da biste promijenili svjetlinu vašeg svjetla, "PWM" ga: brzo trepćete i isključujete (200 Hz je dobra brzina) i mijenjate omjer uključivanja i isključivanja. To se može učiniti samo sa nekoliko redova koda u mikrokontroleru. da biste to učinili koristeći samo '555' čip, isprobajte ovaj krug. da biste koristili to kolo riješite se M1, D3 i R2, a njihov Q1 je naš Q2.

Korak 9: Još jedna metoda zatamnjivanja

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

najjednostavniji način zatamnjivanja LED dioda je promjena trenutne zadane vrijednosti. pa ćemo promijeniti R3! prikazano ispod, dodao sam R4 i prekidač paralelno sa R3. tako da je kod otvorenog prekidača struja postavljena pomoću R3, dok je prekidač zatvoren, struja se postavlja novom vrijednošću R3 paralelno s R4 - više struje. tako da sada imamo "velike snage" i "male snage" - savršeno za baterijsku svjetiljku. možda biste željeli 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

Ovo kolo vam omogućava da podesite svjetlinu, ali bez upotrebe mikrokontrolera. Potpuno je analogan! košta malo više - oko 2 USD ili 2,50 USD - 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). Strujno ograničenje radi na isti način kao i do sada, u ovom slučaju smanjuje otpor preko R2, smanjujući izlaz regulatora napona. Ovaj krug vam omogućava da podesite napon na LED -ovima na bilo koju vrijednost pomoću brojčanika ili klizača, ali također ograničava i struju LED -a kao prije ne možete okrenuti brojčanik pored sigurne točke. Koristio sam ovo kolo u svom projektu osvjetljenja prostorije/točkaste rasvjete s RGB kontrolom. Molimo pogledajte gornji projekt za brojeve dijelova i odabir vrijednosti otpornika. Ovo kolo može raditi s ulaznim naponom od 5 V do 28V i struje do 5 ampera (s hladnjakom na regulatoru)

Korak 11: * Još jednostavniji * Trenutni izvor

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, ovo kolo ima: - još manje dijelova. - mnogo veći "ispad" od 2,4 V, što će značajno smanjiti efikasnost 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: LED struja 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 da promijenite svjetlinu LED diode je promjena R3, pa se obratite prethodnoj shemi 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 minimalno (kao što je: serija Panasonic ERX-2J) ovo možete izgraditi s bilo kojim linearnim regulatorom napona, dva navedena imaju dobre općenite 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 sa ultra niskim ispadima za nisku potrošnju struje, ako trebate napajati 1 LED iz baterije, to bi moglo biti vrijedno pažnje.

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 baterijsku svjetiljku koja je imala LED diodu velike svjetline u sebi.

-------------- Stavite PTC otpornik (poznat i kao "osigurač koji se može resetirati PTC") u seriju sa svojom LED diodom. wow.ne postaje lakše od toga. -------------- uredu. Iako je jednostavna, ova metoda ima neke nedostatke: - Vaš pogonski napon može biti samo neznatno veći od "uključenog" napona LED diode. To je zato što PTC osigurači nisu dizajnirani da se riješe 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 maksimalnom snagom. PTC osigurači nemaju vrlo preciznu "okidnu" struju. Obično se razlikuju za faktor 2 od nominalne tačke isključenja. 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 nazivnu oko 3.4V i 500mA. Povežite se serijski s PTC -om od oko 250 mA. Pogonski napon trebao bi biti oko 4,0 V.