Suure võimsusega LED -ahelad: 12 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:50

Suure võimsusega LED-id: valgustuse tulevik!

aga… kuidas te neid kasutate? kust sa neid saad? 1-vatised ja 3-vatised Power LED-id on nüüd laialdaselt saadaval vahemikus $ 3 kuni $ 5, nii et olen viimasel ajal töötanud hulga projektidega, mis neid kasutavad. selle käigus häiris mind, et ainsad võimalused, millest keegi LED -ide juhtimiseks räägib, on: (1) takisti või (2) tõeliselt kallis elektrooniline gizmo. nüüd, kui valgusdiood maksab 3 dollarit, tundub vale, kui maksate seadme juhtimise eest 20 dollarit! Niisiis läksin tagasi oma raamatu "Analog Circuits 101" juurde ja leidsin paar lihtsat vooluahelat võimsusdioodide juhtimiseks, mis maksid vaid 1 või 2 dollarit. See juhend annab teile löök-löögi kõikidest erinevat tüüpi vooluahelatest suurte LED-ide toiteks, kõik alates takistitest kuni toiteallikate vahetamiseni, mõned näpunäited nende kõigi kohta ja muidugi annab palju teavet minu uue lihtsa toite kohta LED -draiveriahelad ja millal/kuidas neid kasutada (ja mul on siiani veel 3 juhendit, mis neid ahelaid kasutavad). Osa sellest teabest on väikeste LED-ide jaoks ka üsna kasulik. Siin on minu muud toite-LED-juhendid, vaadake neid teiste märkmete ja ideede jaoks. Selle artikli toovad teile MonkeyLectric ja Monkey Light jalgratta tuli.

Samm: ülevaade / osad

Valgusdioodide toiteks on mitmeid tavalisi meetodeid. Milleks kogu see kära? See taandub järgmiselt: 1) valgusdioodid on nende toitmiseks kasutatava pinge suhtes väga tundlikud (st vool muutub väikese pingemuutusega palju) külm õhk, samuti olenevalt LED -i värvist ja tootmise üksikasjadest. seega on LED -ide toiteallikaks tavaliselt mitu tavalist viisi ja ma vaatan igaüks neist üle järgmistes sammudes.

Selles projektis on näidatud mitmed vooluahelad võimsusdioodide juhtimiseks. iga ahela puhul, mille olen vastavas etapis märkinud, vajalikud osad, sealhulgas osade numbrid, mille leiate aadressilt www.digikey.com. et vältida palju dubleeritud sisu, käsitleb see projekt ainult konkreetseid ahelaid ning nende plusse ja miinuseid. montaažitehnikate kohta lisateabe saamiseks ja LED -osade numbrite ning nende hankimise kohtade (ja muude teemade) leidmiseks vaadake palun ühte mu muudest toite LED -projektidest.

2. samm: toite LED -i jõudlusandmed - käepärane võrdlusdiagramm

Allpool on toodud mõned Luxeoni valgusdioodide põhiparameetrid, mida kasutate paljude vooluahelate jaoks. Ma kasutan selle tabeli numbreid mitmetes projektides, nii et ma panen need kõik ühte kohta, kuhu saan hõlpsasti viidata. Luksus 1 ja 3 ilma vooluta (väljalülituspunkt): valge/sinine/roheline/ tsüaansinine: 2,4 V langus (= "LED ettepinge") punane/oranž/merevaigukollane: 1,8 V langus Luxon-1 300mA vooluga: valge/sinine/roheline/tsüaan: 3,3 V langus (= "LED edasipinge") punane/oranž /merevaigukollane: 2,7 V tilkLuxeon-1 800 mA vooluga (üle spetsifikatsiooni): kõik värvid: 3,8 V tilk 800mA vool: valge/sinine/roheline/tsüaan: 3,8 V tilk/oranž/merevaigukollane: 3,0 V (märkus: minu testid ei nõustu spetsifikatsioonilehega) Luxeon-3 1200 mA vooluga: punane/oranž/merevaigukollane: 3,3 V langus: minu testid ei nõustu spetsifikatsioonilehega) Tüüpilised väärtused tavalistele "väikestele" 20mA LED -idele on: punane/oranž/kollane: 2,0 V tilkroheline/tsüaan/sinine/lilla/valge: 3,5 V langus

Samm: otsene toide

Miks mitte ühendada aku lihtsalt LED -iga? See tundub nii lihtne! Mis on probleemiks? Kas ma saan seda kunagi teha? Probleem on usaldusväärsus, järjepidevus ja vastupidavus. Nagu mainitud, on LED -i vool väga tundlik LED -i pinge väikeste muutuste, samuti LED -i ümbritseva õhu temperatuuri ja ka LED -i tootmise erinevuste suhtes. Nii et kui ühendate oma LED -i akuga, pole teil õrna aimugi, kui palju voolu see läbib. "aga mis siis, see süttis, kas pole?". okei kindlasti. olenevalt akust võib teil olla liiga palju voolu (LED muutub väga kuumaks ja põleb kiiresti) või liiga vähe (LED on tuhm). teine probleem on see, et isegi kui valgusdiood on esmakordsel ühendamisel täpselt õige, kui viite selle uude keskkonda, mis on kuumem või külmem, muutub see kas hämaraks või liiga heledaks ja põleb läbi, kuna LED -i temperatuur on väga kõrge tundlik. tootmise variatsioonid võivad põhjustada ka varieeruvust. Nii et võib -olla loete seda kõike ja mõtlete: "mis siis!". kui jah, künda ette ja ühenda otse akuga. Mõne rakenduse puhul võib see olla õige tee.- Kokkuvõte: kasutage seda ainult häkkimiseks, ärge oodake, et see oleks usaldusväärne või järjepidev, ja eeldage, et põleb mõned LED-id läbi.- Üks kuulus häkkimine, mis selle meetodi rakendab silmapaistvalt heaks kasutamiseks on LED Throwie. Märkused:- kui kasutate akut, töötab see meetod kõige paremini * väikeste * patareide abil, sest väike aku toimib nagu sisemine takisti. see on üks põhjusi, miks LED Throwie nii hästi töötab.-kui soovite seda teha toite-LED-i, mitte 3-sendise LED-i abil, valige oma aku pinge, nii et LED ei oleks täisvõimsusel. see on teine põhjus, miks LED Throwie nii hästi töötab.

Samm: alandlik takisti

See on kaugelt kõige laialdasemalt kasutatav meetod LED -ide toiteks. Lihtsalt ühendage takisti järjestikku oma LED-idega. Plussid:- see on lihtsaim meetod, mis töötab usaldusväärselt- sellel on ainult üks osa- maksab sente (tegelikult vähem kui senti) miinused:- mitte väga tõhus. raiskatud energia tuleb vahetada ühtlase ja usaldusväärse LED -heleduse vastu. kui raiskate takistis vähem energiat, saate LED-i jõudluse vähem ühtlaselt.- LED-heleduse muutmiseks tuleb takisti muuta- kui muudate toiteallikat või aku pinget märkimisväärselt, peate takisti uuesti vahetama.

Kuidas seda teha: seal on palju suurepäraseid veebilehti, mis seda meetodit juba selgitavad. Tavaliselt soovite välja selgitada:- millist takisti väärtust kasutada- kuidas ühendada oma LED-e järjestikku või paralleelselt? Leidsin kaks head LED-kalkulaatorit, mis võimaldavad teil lihtsalt sisestada oma LED-ide ja toiteallika spetsifikatsioonid. kujundage kogu seeria-/paralleelskeem ja takistid teie jaoks! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods/ledcalc/index_eng kalkulaatorid, kasutage kalkulaatori küsitud voolu- ja pingearvude jaoks Power LED Data Handy Reference Chart. siin on mõned odavad digikey: "Yageo SQP500JB" on 5-vatine takisti seeria.

Samm: $ witching regulaatorid

Lülitusregulaatorid, tuntud ka kui "DC-to-DC", "buck" või "boost" muundurid, on väljamõeldud viis LED-i toiteks. nad teevad seda kõike, kuid on kallid. mida nad täpselt "teevad"? lülitusregulaator võib toiteallika sisendpinget alandada ("buck") või suurendada ("boost") täpselt LED-ide toiteks vajaliku pingeni. erinevalt takistist jälgib see pidevalt LED -voolu ja kohandub selle konstantseks hoidmiseks. See teeb seda kõike 80–95% energiatõhususega, olenemata sellest, kui suur on alandamine või suurendamine. Plussid:-ühtlane LED-i jõudlus paljude LED-ide ja toiteallika jaoks-kõrge kasutegur, tavaliselt 80–90% võimendusmuunduritele ja 90-95% buck-muunduritele-saab toita LED-e nii madalama kui ka kõrgema pingega toiteallikatest (suurendamine või vähendamine)-mõned seadmed saavad LED-heledust reguleerida-toite-LED-ide jaoks mõeldud seadmed on saadaval ja lihtsad Miinused:- keeruline ja kallis: tavaliselt umbes 20 dollarit pakendatud seadme kohta. - ise valmistamiseks on vaja mitmeid osi ja elektrotehnilisi oskusi.

Üks spetsiaalselt toiteallikate jaoks mõeldud riiuliseade on LED-dünaamika Buckpuck. Kasutasin ühte neist oma elektriga juhitavate esilaternate projektis ja olin sellega üsna rahul. need seadmed on saadaval enamikus LED -veebipoodides.

6. samm: uued asjad !! Pidev vooluallikas #1

lubame uute asjade juurde jõuda! Esimene vooluahelate komplekt on kõik väikesed variatsioonid ülilihtsal püsivooluallikal. Plussid:- ühtlane LED-i jõudlus mis tahes toiteallika ja LED-idega- maksab umbes $ 1- ainult 4 lihtsat osa ühendamiseks- kasutegur võib olla üle 90% (nõuetekohase LED-i ja toiteallika valiku korral)- saab hakkama PALJU võimsusega, 20 amprit või rohkem, pole probleemi.- madal "väljalangemine"- sisendpinge võib olla vaid 0,6 volti kõrgem kui väljundpinge - väga lai tööpiirkond: 3V kuni 60V sisend olla "pro").- voolupiirang muutub pisut ümbritseva õhu temperatuuriga (võib olla ka "pro"). Kokkuvõtteks: see vooluring töötab sama hästi kui alandav lülitusregulaator, ainus erinevus on et see ei taga 90% efektiivsust. pluss on see, et see maksab ainult 1 dollarit.

Kõige lihtsam versioon kõigepealt: "Madala hinnaga püsivooluallikas #1" See vooluahel on esitatud minu lihtsas toitega juhitud valgusprojektis. Kuidas see töötab?- Q2 (toite NFET) kasutatakse muutuva takistina. Q2 käivitub sisse lülitatud R1 abil.- Q1 (väike NPN) kasutatakse ülevoolu tuvastava lülitina ja R3 on "meeletakisti" või "seadistatud takisti", mis käivitab Q1, kui liigne vool voolab.- peamine vool toimub LED -ide, Q2 ja R3 kaudu. Kui R3 kaudu liigub liiga palju voolu, hakkab Q1 sisse lülituma, mis hakkab Q2 välja lülitama. Q2 väljalülitamine vähendab voolu läbi valgusdioodide ja R3. Seega oleme loonud "tagasisideahela", mis jälgib pidevalt LED -voolu ja hoiab seda kogu aeg täpselt määratud kohas. transistorid on nutikad, ah!- R1-l on suur takistus, nii et kui Q1 hakkab sisse lülitama, ületab see kergesti R1.- Tulemuseks on see, et Q2 toimib nagu takisti ja selle takistus on alati ideaalselt seatud, et hoida LED-voolu õige. Üleliigne võimsus põletatakse II kvartalis. Maksimaalse efektiivsuse tagamiseks soovime oma LED -stringi konfigureerida nii, et see oleks toitepinge lähedal. See toimib hästi, kui me seda ei tee, raiskame lihtsalt energiat. see on tõesti selle vooluahela ainus miinus võrreldes astmelise lülitusregulaatoriga! voolu seadistamine! R3 väärtus määrab määratud voolu. Arvutused:- LED-vool on ligikaudu võrdne: 0,5 / R3- R3 võimsus: võimsus takisti hajutatud on ligikaudu: 0,25 / R3. valige takisti väärtus vähemalt 2x võimsus, mis on arvutatud, nii et takisti ei kuumeneks. seega 700 mA LED -voolu korral: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 oomi. lähim standardtakisti on 0,75 oomi. R3 võimsus = 0,25 / 0,71 = 0,35 vatti. vajame vähemalt 1/2-vatist takistit. Kasutatud osad: R1: väike (1/4 vatti) umbes 100 k-oomi takisti (näiteks: Yageo CFR-25JB seeria) R3: suur (1 vatti+) voolukomplekt takisti. (hea 2-vatine valik on: Panasonic ERX-2SJR seeria) Q2: suur (pakett TO-220) N-kanaliga loogika tasemel FET (näiteks: Fairchild FQP50N06L) Q1: väike (pakett TO-92) NPN-transistor (näiteks: Fairchild 2N5088BU) Maksimaalsed piirid: ainus tegelik piir vooluallikale on kehtestatud NFET Q2 poolt. Q2 piirab vooluringi kahel viisil: 1) võimsuse hajumine. Q2 toimib muutuva takistina, vähendades toiteallika pinget vastavalt LED -ide vajadustele. nii et Q2 vajab radiaatorit, kui on suur LED -vool või kui toiteallika pinge on palju suurem kui LED -i pinge. (Q2 võimsus = langenud voltid * LED -vool). Q2 saab hakkama ainult 2/3 vatti, enne kui vajate mingit jahutusradiaatorit. suure jahutusradiaatoriga saab see vooluahel hakkama PALJU võimsuse ja vooluga - tõenäoliselt 50 vatti ja 20 amprit selle täpse transistoriga, kuid suurema võimsuse saavutamiseks võite lihtsalt panna mitu transistorit paralleelselt.2) pinge. Q2 "G" tihvt on mõeldud ainult 20 V pingele ja selle lihtsaima vooluahelaga, mis piirab sisendpinget 20 V -ni (oletame, et 18 V on ohutu). kui kasutate teist NFET-i, kontrollige kindlasti "Vgs" reitingut.termiline tundlikkus: praegune seadeväärtus on mõnevõrra tundlik temperatuuri suhtes. seda seetõttu, et Q1 on päästik ja Q1 on termiliselt tundlik. ülalnimetatud osanuber i on üks kõige vähem termiliselt tundlikke NPN -sid, mida ma võiksin leida. sellegipoolest oodake võib -olla praeguse seadepunkti vähenemist 30% võrra, kui lähete temperatuurilt -20 ° C kuni +100 ° C. see võib olla soovitud efekt, võib see teie Q2 või LED -id ülekuumenemise eest päästa.

Samm 7: Pideva voolu allika muutmine: #2 ja #3

need väikesed muudatused ahelas nr 1 käsitlevad esimese vooluahela pingepiirangut. Peame hoidma NFET -värava (G -pin) alla 20 V, kui tahame kasutada toiteallikat, mis on suurem kui 20 V. selgub, et me tahame seda ka teha, et saaksime selle vooluahela ühendada mikrokontrolleri või arvutiga.

ahelas nr 2 lisasin R2, samas kui #3 asendasin R2 Zeneri dioodiga. vooluahel nr 3 on parim, kuid lisasin ka numbri 2, kuna see on kiire häkkimine, kui teil pole õiget zeneri dioodi väärtust. tahame seadistada G -pin pingeks umbes 5 volti - kasutage 4,7 või 5,1 voldist zeneri dioodi (näiteks: 1N4732A või 1N4733A) - kõik madalamad ja Q2 ei saa täielikult sisse lülitada, kõrgemad ja see ei tööta enamiku mikrokontrolleritega. kui teie sisendpinge on alla 10 V, lülitage R1 22 k-oomi takistile, zeneri diood ei tööta, kui seda ei läbita 10uA. pärast seda muudatust hakkab vooluahel käsitsema 60V koos loetletud osadega ja vajadusel leiate hõlpsalt kõrgema pingega Q2.

8. samm: väike mikro muudab kõik

Mis nüüd? ühendage mikrokontrolleri, PWM-i või arvutiga! nüüd on teil täielikult digitaalselt juhitav suure võimsusega LED-tuli. mikrokontrolleri väljundpoldid on tavaliselt ainult 5,5 V pingega, seetõttu on zeneri diood oluline. kui teie mikrokontroller on 3,3 V või vähem, peate kasutama vooluahelat nr 4 ja seadistama oma mikrokontrolleri väljundpinge "avatud kollektoriks"-mis võimaldab mikro-l tõmmata tihvti alla, kuid võimaldab takistil R1 seda tõmmata kuni 5 V, mis on vajalik Q2 täielikuks sisselülitamiseks. kui teie mikro on 5 V, saate kasutada lihtsamat vooluahelat nr 5, kaotades Z1 ja seadistada mikro väljundpinge normaalseks tõmbe-/tõmbamisrežiimiks - 5V mikro saab Q2 iseenesest hästi sisse lülitada. nüüd, kui teil on ühendatud PWM või mikro, kuidas teha digitaalset valguse juhtimist? valguse heleduse muutmiseks "PWM" seda: vilgutate seda kiiresti sisse ja välja (200 Hz on hea kiirus) ning muudate sisse- ja väljalülitusaja suhet. seda saab teha vaid paar rida koodi mikrokontrolleris. selleks, et seda kasutada ainult kiibiga '555', proovige seda vooluringi. selle vooluahela kasutamiseks vabaneda M1, D3 ja R2 ning nende Q1 on meie Q2.

9. samm: teine hämardamismeetod

ok, äkki sa ei taha kasutada mikrokontrollerit? siin on veel üks lihtne muudatus "ahelas nr 1"

lihtsaim viis valgusdioodide hämardamiseks on praeguse seadeväärtuse muutmine. nii et muudame R3! allpool näidatud, lisasin R4 ja lüliti paralleelselt R3 -ga. nii et kui lüliti on avatud, seab voolu R3, suletud lüliti korral seab voolu R3 uus väärtus paralleelselt R4 -ga - rohkem voolu. nii et nüüd on meil "suur võimsus" ja "väike võimsus" - ideaalne taskulambi jaoks. äkki tahaksid panna R3-le muutuva takistusega ketast? kahjuks ei tee nad neid nii madala takistuse väärtusega, seega vajame selle tegemiseks midagi natuke keerukamat. (komponentide väärtuste valimiseks vaadake vooluahelat nr 1)

Samm: reguleeritav analoog draiver

See vooluring võimaldab teil reguleerida heledust, kuid ilma mikrokontrollerit kasutamata. See on täielikult analoog! see maksab natuke rohkem - umbes 2 dollarit või kokku 2,50 dollarit - loodan, et te ei pahanda. Peamine erinevus on see, et NFET asendatakse pingeregulaatoriga. pingeregulaator vähendab sisendpinget sarnaselt NFET-iga, kuid see on konstrueeritud nii, et selle väljundpinge määratakse kahe takisti (R2+R4 ja R1) suhtega. Voolupiirangu ahel töötab samamoodi nagu varem, vähendab see sel juhul takistust R2 -s, vähendades pingeregulaatori väljundit. See vooluring võimaldab seadistada valgusdioodide pinge mis tahes väärtusele, kasutades valijat või liugurit, kuid see piirab ka LED -voolu nagu varem te ei saa valijat keerata ohutuspunktist mööda. Ma kasutasin seda vooluringi oma RGB värvilise ruumi/kohtvalgustuse projektis. palun vaadake ülaltoodud projekti osade numbrite ja takisti väärtuse valimiseks. see vooluahel võib töötada sisendpingega 5 V kuni 28 V ja vool kuni 5 amprit (regulaatoril on jahutusradiaator)

11. samm: * veelgi lihtsam * praegune allikas

ok, nii et selgub, et on olemas isegi lihtsam viis konstantse voolu allika loomiseks. põhjus, miks ma seda esikohale ei pannud, on see, et sellel on vähemalt üks oluline puudus.

See ei kasuta NFET- või NPN -transistorit, sellel on lihtsalt üks pingeregulaator. Võrreldes eelmise "lihtsa vooluallikaga", kus kasutati kahte transistorit, on selles vooluringis: - veelgi vähem osi. - palju suurem "väljalangevus" 2,4 V, mis vähendab oluliselt efektiivsust ainult 1 LED -i toiteallika korral. kui kasutate viit LED -d, ei pruugi see nii suur asi olla. - temperatuuri muutumisel voolu seadeväärtus ei muutu - väiksem voolutugevus (5 amprit - piisab paljude LED -ide jaoks)

kuidas seda kasutada: takisti R3 määrab voolu. valem on järgmine: LED -vool amprites = 1,25 / R3, nii et 550 mA voolu korral seadke R3 väärtuseks 2,2 oomi, tavaliselt vajate võimsustakistust, R3 võimsus vattides = 1,56 / R3 on sellel vooluahelal ka puudus. viis seda kasutada koos mikrokontrolleri või PWM-iga on lülitada kogu asi sisse ja välja toitekaabliga. ja ainus viis LED -heleduse muutmiseks on R3 muutmine, seega vaadake "skeemi #5" varasemat skeemi, mis näitab väikese/suure võimsusega lüliti lisamist. regulaatori pistik: ADJ = pin 1 OUT = pin 2 IN = tihvti 3 osa: regulaator: kas LD1585CV või LM1084IT-ADJ kondensaator: 10u kuni 100u kondensaator, 6,3 volti või rohkem (näiteks: Panasonic ECA-1VHG470) takisti: vähemalt 2-vatine takisti (näiteks: Panasonic ERX-2J seeria) saate seda ehitada peaaegu iga lineaarse pingeregulaatoriga, mõlemal loetletud on hea üldine jõudlus ja hind. klassikaline "LM317" on odav, kuid väljalangemine on veelgi suurem - selles režiimis kokku 3,5 volti. nüüd on palju pinnakinnituse regulaatoreid, millel on väga madal väljalangemine väikese voolu jaoks. Kui teil on vaja toita 1 LED-i akust, tasub neid uurida.

12. samm: Haha! On veel lihtsam viis

Mul on piinlik öelda, et ma ei mõelnud sellele meetodile ise, sain sellest teada, kui võtsin lahti taskulambi, mille sees oli suure heledusega LED.

-------------- Pange oma LED-iga järjestikku PTC-takisti (aka "PTC-nullitav kaitse"). vau.ei lähe sellest lihtsamaks. -------------- Okei. Kuigi sellel meetodil on lihtne, on sellel mõned puudused: - Teie sõidupinge võib olla ainult pisut kõrgem kui LED -i sisselülitatud pinge. Seda seetõttu, et PTC kaitsmed ei ole mõeldud suurest kuumusest vabanemiseks, nii et peate hoidma langenud pinget kogu PTC -s üsna madalal. saate oma ptc metallplaadile natuke liimida, et natuke aidata. - Te ei saa oma LED -i maksimaalse võimsusega juhtida. PTC kaitsmetel ei ole väga täpset "väljalülitusvoolu". Tavaliselt erinevad need nimipunktist 2 korda. Niisiis, kui teil on LED, mis vajab 500 mA, ja saate PTC väärtuse 500 mA, saate lõpuks kõikjal 500 mA kuni 1000 mA - see pole LED -i jaoks ohutu. Ainus ohutu PTC valik on natuke alahinnatud. Hankige 250mA PTC, siis on teie halvim juhtum 500mA, mida LED saab hakkama. ----------------- Näide: ühe LED-i jaoks, mille nimivõimsus on umbes 3,4 V ja 500 mA. Ühendage järjestikku PTC nimivõimsusega umbes 250 mA. Sõidupinge peaks olema umbes 4,0 V.