Regulator de curent liniar cu LED de alimentare simplu, revizuit și clarificat: 3 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

Acest instructabil este în esență o repetare a circuitului regulatorului de curent liniar al lui Dan. Versiunea sa este foarte bună, desigur, dar îi lipsește ceva din punct de vedere al clarității. Aceasta este încercarea mea de a aborda acest lucru. Dacă înțelegeți și puteți construi versiunea lui Dan, versiunea mea probabil că nu vă va spune nimic teribil de nou. Cu toate acestea … … În timp ce îmi montam propriul regulator pe baza lui Dan, am continuat să mă uit la fotografiile sale ale componentelor și să strabit - care pin se conectează la ce alt pin ?? Este legat de asta sau nu? Este un circuit simplu, desigur, dar nu sunt inginer electric și nu am vrut să greșesc … Pentru că greșirea, chiar și puțin, uneori face ca lucrurile să se imole. Am adăugat o componentă: un comutator între cablul pozitiv al sursei de curent continuu și restul circuitului, astfel încât să îl pot porni și opri. Niciun motiv pentru a-l exclude și este foarte la îndemână. Ar trebui, de asemenea, să menționez aici la început: oricare ar fi afirmațiile „lui Dan” care ar fi contrare, acest circuit NU este în cele din urmă foarte potrivit pentru conducerea unui LED de la o sursă de alimentare care este semnificativ peste căderea de tensiune a LED-ului. Am încercat să conduc un singur LED albastru de 3,2 V la 140 mAh (curentul testat a fost de fapt 133 mAh - foarte aproape) de la o sursă de alimentare de 9,5 volți, iar rezultatul final a fost că, în 60 de secunde, LED-ul a început să pâlpâie și apoi în cele din urmă opriți … A făcut acest lucru de mai multe ori, cu perioade de timp în continuă scădere între pornire și eșec. Acum nu se va aprinde deloc. Acestea fiind spuse, am condus, de asemenea, un singur LED RGB de mare putere aproape continuu timp de o lună, folosind o sursă de alimentare diferită, care se potrivește mai bine cu căderea de tensiune a LED-ului - astfel încât acest circuit poate funcționa, într-un fel, dar nu întotdeauna, cu siguranță nu așa cum a fost promis inițial și poate foarte bine să vă distrugă LED-ul de alimentare pe parcurs. Vocea experienței de aici spune că va funcționa atâta timp cât cerințele LED-urilor se potrivesc îndeaproape cu puterea în volți provenită de la sursa de alimentare. Dacă observați pâlpâire, aceasta înseamnă că LED-ul (LED-urile) este / se aprinde și este / sunt deja deteriorate permanent. Mi-au trebuit șase LED-uri de putere distruse pentru a afla acest lucru. "Mulți botani au murit pentru a ne aduce aceste informații …" Consumabile: Iată lista de componente a lui Dan, cuvânt cu cuvânt, dar corectată pentru primul articol (Dan a dat greșit numărul produsului unui rezistor de 10K ohm, nu de 100K ohm - lista arată acum un număr pentru tipul corect). Am adăugat, de asemenea, link-uri către produsele reale menționate: - R1: rezistor de aproximativ 100k-ohm (cum ar fi: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: rezistor setat curent - vezi mai jos Q1: tranzistor NPN mic (cum ar fi: Fairchild 2N5088BU) Q2: FET mare pe canal N (cum ar fi: Fairchild FQP50N06L) LED: LED de alimentare (cum ar fi: stea albă Luxeon 1 watt LXHL-MWEC)

- Componenta comutatorului, S1, ar trebui să fie evaluată la tensiunea sursei de curent continuu pe care urmează să o utilizați. Un comutator de 12V, de exemplu, nu va fi proiectat pentru a suporta puterea de 18V. Rețineți că Q2 se mai numește MOSFET, nMOSFET, NMOS, MOSFET cu canal n și MOSFET QFET cu canal n, interschimbabil, Q1 este numit și tranzistor de joncțiune bipolar NPN sau NPN BJT. Dan nu intră în ceea ce înseamnă „aproximativ” și nici nu explică cât de departe poți merge sau ce va afecta acest lucru; nici el nu explică „mic” sau „mare” și efectele pe care le-ar putea avea. Din păcate, nici eu nu se pare. Se pare că rămânem lipiți de aceste componente specifice, cu excepția cazului în care obținem o diplomă în inginerie electrică. Având în vedere în special delicatețea LED-urilor implicate, respectarea strictă pare singura opțiune rezonabilă.

În ceea ce privește R3:

Potrivit lui Dan, valoarea pentru R3 în ohmi trebuie să fie legată de curentul la care doriți să conduceți LED-ul (ale cărui limite vor fi fost deja stabilite de producător) astfel încât curentul dorit în amperi = 0,5 / R3. Într-o astfel de ecuație, o rezistență mai mare în R3 va avea ca rezultat o mai mică intensitate a curentului prin LED. Intuitiv, acest lucru duce la concluzia că rezistența perfectă (adică absența oricărui rezistor) ar însemna că LED-ul nu ar funcționa (0,5 / infinit = mai mic decât zero). De fapt, nu sunt deloc sigur că acest lucru este adevărat, însă propriile teste empirice ale acestui circuit indică faptul că nu este așa. Cu toate acestea, dacă procedăm conform planului lui Dan, un R3 de 5 ohmi va produce un curent constant de 0,5 / 5 = 0,1 amperi sau 100 miliamperi. O mare parte din LED-urile de putere par să ruleze în jur de 350 mAh, deci pentru acestea va trebui să stabiliți o valoare R3 de aproximativ 1,5 ohmi. Pentru cei mai puțin familiarizați cu rezistențele, rețineți că puteți stabili 1,5 ohmi utilizând o combinație de rezistențe diferite în paralel, atâta timp cât rezultatul final combinat este de 1,5 ohmi rezistență. Dacă utilizați două rezistențe, de exemplu, valoarea dvs. R3 va fi egală cu valoarea rezistorului 1 înmulțită cu valoarea rezistorului 2 și produsul împărțit la totalul R1 + R2. Un alt exemplu: 1 rezistor de 5 ohmi combinat în paralel cu altul de, să zicem, 3 ohmi, vă oferă (5x3) / (5 + 3) = 15/8 = 1,875 ohmi, care ar rezulta apoi într-un curent constant în acest circuit de 0,5 / 1,875 = 0,226 amperi sau 266 mAh.

Rezistențele sunt evaluate pentru abilități diferite de a disipa puterea. Rezistoarele mici pot disipa mai puțină putere decât cele mai mari, deoarece cele mai mari nu vor incinera la fel de repede dacă se trece prea mult curent prin ele. Nu puteți utiliza un rezistor montat la suprafață în acest circuit, deoarece nu poate gestiona disiparea puterii. De asemenea, nu veți putea găsi un rezistor care este „prea mare”. Rezistoarele mai mari / fizic mai mari sunt capabile să gestioneze mai multă putere decât cele mai mici. Cele mai mari pot costa mai mult pentru a obține și vor ocupa mai mult spațiu, dar costul este de obicei neglijabil (fiecare stereo stricat are o sută de rezistențe cu puteri imense) și diferența de spațiu este de ordinul milimetrilor cubi, deci simțiți-vă liber să greșiți din partea precauției și utilizați cele mai mari rezistențe de rezistență adecvată pe care le puteți găsi. Puteți selecta unul prea mic, dar este imposibil să selectați unul prea mare.

Rețineți că, dacă aveți la îndemână niște sârme de înaltă rezistență cu nichrom, probabil că le puteți tăia la o lungime care să corespundă nevoilor dvs. de rezistență fără a fi nevoie să utilizați mai multe rezistențe. Veți avea nevoie de un contor Ohm pentru a testa valoarea reală a rezistenței și rețineți că există probabil un anumit grad de rezistență (poate chiar și 1 ohm) între cele două fire ale contorului dvs. Ohm: atingându-le împreună și vedeți ce citește dispozitivul, apoi țineți cont de acest lucru atunci când stabiliți cât sârmă de nicrom veți folosi (dacă detectați 0,5 ohmi de rezistență atunci când atingeți firele contorului dvs. Ohm și trebuie să terminați cu, să zicem, 1,5 ohmi de rezistență pe firul tău nichrom, atunci ai nevoie de acel fir pentru a „măsura” 2,0 ohmi de rezistență pentru tine pe contorul Ohm).

Alternativ, există, de asemenea, o modalitate de a utiliza un pic de sârmă nichrom pentru a finaliza acest circuit chiar și pentru un LED al cărui curent nominal nu îl cunoașteți! Odată ce circuitul dvs. este complet, dar lipsit de R3, utilizați o lungime de sârmă nichrom care este cu siguranță mai lungă decât rezistența de care aveți nevoie cu cel puțin un inch sau doi (cu cât acest fir este mai gros, cu atât va fi mai lungă piesa de care aveți nevoie. Apoi, porniți circuitul - nu se va întâmpla nimic. Acum atașați un burghiu electric la mijlocul U al firului nichrom, astfel încât, pe măsură ce burghiul se răsucește, acesta va începe să înfășoare firul în jurul unui burghiu. Porniți încet burghiul. Dacă toate celelalte părți circuitului sunt conectate corect, LED-ul se va aprinde curând foarte slab și va deveni mai luminos pe măsură ce firul se scurtează! Opriți-vă când lumina este aprinsă - dacă firul devine prea scurt, LED-ul dvs. se va arde. Nu este Cu toate acestea, este neapărat ușor să judecați când s-a ajuns la acest moment, deci vă veți risca cu această tehnică.

În ceea ce privește radiatoarele: Dan menționează, de asemenea, importanța posibilă a radiatoarelor pentru acest proiect și necesitatea unei surse de alimentare externe DC între 4 și 18 volți (aparent, amperii nu contează pentru această sursă de alimentare, deși nu știu acest lucru pentru anumit). Dacă utilizați un LED de alimentare, veți avea nevoie de un fel de radiator atașat la acesta și, probabil, veți avea nevoie de unul dincolo de domeniul de aplicare al „stelei” simple din aluminiu de batwing furnizat cu multe LED-uri Luxeon. Veți avea nevoie de un radiator pentru Q2 numai dacă rulați mai mult de 200 mAh de energie prin circuitul dvs. și / sau diferența de tensiune dintre sursa de alimentare DC și „căderea” de tensiune combinată a LED-urilor dvs. este „mare” (dacă diferența este mai mare de 2 volți, aș fi sigur că voi folosi un radiator). Cea mai eficientă utilizare a oricărui radiator necesită, de asemenea, utilizarea unei cantități mici de grăsime termică (Arctic Silver este considerat un produs de ultimă generație): curățați atât radiatul, cât și corpul MOSFET / LED cu alcool, ungeți-l bine, chiar și strat subțire de grăsime termică pe fiecare suprafață (îmi place să folosesc o lamă de cuțit X-acto pentru rezultate absolut mai fine, mai uniforme și mai subțiri), apoi apăsați suprafețele împreună și fixați-le folosind unul sau mai multe șuruburi în locul potrivit. Alternativ, există mai multe tipuri de bandă termică care vor servi și acelorași scopuri. Iată câteva opțiuni adecvate pentru un radiator și o sursă de alimentare pentru o configurație tipică cu un singur LED (amintiți-vă, este posibil să aveți nevoie de DOUA radiatoare - una pentru LED și una pentru MOSFET - în multe configurări): Radiator

În ceea ce privește sursele de alimentare: Notă rapidă cu privire la sursele de alimentare: practic toate sursele de alimentare indică undeva pe ambalajul lor câte volți vor și amperi pot furniza. Cu toate acestea, numărul de volți este aproape universal subevaluat și practic toate sursele de alimentare furnizează de fapt o cantitate de tensiune mai mare decât cea indicată pe ambalajul lor. Din acest motiv, va fi important să testăm orice sursă de alimentare dată care pretinde că livrează volți în apropierea capătului superior al spectrului nostru (de exemplu, în apropiere de 18 volți) pentru a ne asigura că nu furnizează prea multă energie (25 de volți ar fi probabil depășesc limitele de proiectare ale circuitului nostru). Din fericire, din cauza naturii circuitului, această supraevaluare a tensiunii nu va fi de obicei o problemă, deoarece circuitul poate gestiona o gamă largă de tensiuni fără a deteriora LED-ul (LED-urile).

Pasul 1: Creați radiatoarele

Dacă veți avea nevoie de un radiator pentru Q2, poate fi necesar să faceți o gaură în acel radiator pentru a trece un șurub prin gaura mare din corpul MOSFET. Nu este nevoie de un șurub exact atâta timp cât șurubul dvs. poate să se potrivească prin orificiul MOSFET, capul șurubului este mai mare (doar puțin) decât această gaură, iar diametrul găurii pe care o creați în radiator este nu cu mult mai mic decât diametrul cilindrului șurubului. În general, dacă utilizați un burghiu al cărui diametru este apropiat, dar puțin mai mic decât diametrul cilindrului șurubului, nu veți avea nicio dificultate în atașarea MOSFET-ului la radiator. Filetele de pe majoritatea șuruburilor din oțel sunt mai mult decât suficient de puternice pentru a fi tăiate într-un radiator (cu condiția ca acesta să fie din aluminiu sau cupru) și astfel „să creeze” orificiul filetat necesar. Forarea în aluminiu trebuie făcută cu câteva picături de ulei de mașină foarte subțire pe vârful burghiului (cum ar fi 3-în-unul sau ulei de mașină de cusut) și burghiul presat în jos cu o presiune ușoară fermă la aproximativ 600 rpm și 115 in-lbs de cuplu (acest burghiu Black & Decker sau ceva similar va funcționa bine). Aveți grijă: aceasta va fi o gaură foarte mică, de mică adâncime, iar burghiul dvs. foarte subțire se poate rupe dacă se aplică prea multă presiune prea mult timp! Rețineți bine: „corpul” Q2 este conectat electric la pinul „sursă” al Q2 - dacă ceva din circuitul dvs. atinge acest radiator, în afară de corpul MOSFET, puteți crea un scurtcircuit electric care ar putea arunca LED-ul. Luați în considerare acoperirea părții laterale a radiatorului care se îndreaptă spre firele dvs. cu un strat de bandă electrică pentru a preveni acest lucru (dar nu înveliți radiatorul cu mai mult decât este necesar, deoarece scopul său este de a muta căldura de la MOSFET la aerul înconjurător - banda electrică este un izolator, nu un conductor de energie termică).

Pasul 2: Circuitul

Iată ce trebuie să faceți pentru a crea acest circuit:

* Lipiți firul pozitiv al sursei de alimentare la nodul pozitiv de pe LED-ul dvs. De asemenea, lipiți un capăt al rezistenței de 100K în același punct (nodul pozitiv de pe LED).

* Lipiți celălalt capăt al rezistorului la pinul GATE al MOSFET și pinul COLLECTOR al tranzistorului mai mic. Dacă ați fi lipit cei doi tranzistori și ați avea partea metalică a MOSFET-ului îndreptată spre voi, cu toți cei șase pinii tranzistorului îndreptați în jos, pinul GATE și pinul COLLECTOR sunt PRIMII DOUĂ PINI ale acestor tranzistori - cu alte cuvinte, lipiți împreună cei doi știfturi din stânga ai tranzistoarelor și lipiți-i la capătul neacordat al rezistorului de 100K.

* Conectați pinul din mijloc al MOSFET, pinul DRAIN, la nodul negativ al LED-ului cu un fir. Nimic mai mult nu va fi atașat la LED.

* Conectați pinul BASE al tranzistorului mic (adică pinul din mijloc) la pinul SOURCE al MOSFET-ului (care este pinul cel mai din dreapta).

* Conectați pinul EMITTER (pinul din dreapta) al tranzistorului mai mic la firul negativ al sursei de alimentare.

* Conectați același pin la un capăt al R3, rezistorul (ele) ales pentru nevoile LED-ului dvs.

* Conectați celălalt capăt al acelui rezistor la pinul de bază menționat anterior / pinul SOURCE al ambelor tranzistoare.

Rezumat: toate acestea înseamnă că conectați pinii mijlocii și extremi din dreapta tranzistorului unul la altul prin intermediul rezistorului R3 și conectați tranzistoarele unul la celălalt de două ori direct (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) și încă o dată indirect prin R3 (EMITOR la SURSA). Pinul din mijloc al MOSFET, DRAIN, nu are nimic de făcut decât să se conecteze la nodul negativ al LED-ului dvs. LED-ul se conectează la cablul de alimentare de intrare și la un capăt al R1, rezistorul 100K (celălalt nod al LED-ului este conectat la pinul DRAIN, așa cum tocmai am menționat). PIN-ul EMITTER se conectează direct la firul negativ al sursei de alimentare și apoi se întoarce pe el însuși (la propriul pin BASE) și la MOSFET pentru a treia și ultima dată prin intermediul rezistorului R3 care se conectează, de asemenea, direct la firul negativ al sursa de alimentare. MOSFET-ul nu se conectează niciodată direct la firele negative sau pozitive ale sursei de alimentare, dar se conectează la ambele dintre ele prin fiecare dintre cele două rezistențe! Nu există rezistență între al treilea pin al tranzistorului mic, EMITORUL său și firul negativ al sursei de alimentare - se conectează direct. La celălalt capăt al configurării, sursa de alimentare de intrare se conectează direct la LED, chiar dacă poate pompa prea multă energie (la început) pentru a nu arde acel LED: tensiunea suplimentară care ar fi făcut această pagubă este direcționat înapoi prin rezistorul de 100K și prin tranzistoarele noastre, care îl vor ține sub control.

Pasul 3: Porniți-l: Depanați dacă este necesar

Odată ce radiatoarele sunt atașate și îmbinările de lipit sunt ferme și sunteți sigur că LED-urile dvs. sunt orientate corect și că ați conectat cablurile corecte la firele corecte, este timpul să vă conectați alimentarea cu curent continuu și întoarceți comutatorul! În acest moment, unul dintre cele trei lucruri este probabil să se întâmple: LED-urile se vor aprinde așa cum era de așteptat, LED-urile vor clipi scurt puternic și apoi se vor întuneca sau nu se va întâmpla deloc. Dacă obțineți primul dintre aceste rezultate, felicitări! Acum aveți un circuit de lucru! Să vă dureze foarte mult timp. Dacă obțineți rezultatul nr. 2, atunci tocmai v-ați aruncat LED-ul (LED-urile) și va trebui să începeți din nou cu altele noi (și va trebui să vă reevaluați circuitul și să aflați unde ați greșit, probabil, fie prin conectarea un fir incorect sau lăsând să traverseze 2 fire pe care nu ar trebui să le aveți). Dacă obțineți rezultatul nr. 3, atunci este ceva în neregulă cu circuitul dvs. Opriți-l, deconectați sursa de curent continuu și treceți peste conexiune circuit prin conexiune asigurându-vă că atașați fiecare cablu corect și că LED-urile dvs. sunt orientate corect în circuit. De asemenea, luați în considerare verificarea dublă a valorii miliamp cunoscute a LED-urilor dvs. și asigurați-vă că valoarea pe care ați ales-o și pe care o utilizați pentru R3 va furniza suficient curent pentru a-l conduce. Verificați de două ori valoarea lui R1 și asigurați-vă că este de 100 k ohmi. În cele din urmă, puteți testa Q1 și Q2, dar metodele pentru a face acest lucru sunt dincolo de sfera de aplicare a acestui Instructable. Din nou: cele mai probabile motive pentru care nu apare lumină sunt următoarele: 1.) LED-urile dvs. sunt / nu sunt orientate corect - verificați orientarea folosind multimetrul și reorientați-vă dacă este necesar; 2.) aveți o îmbinare lipită undeva în circuitul dvs. - luați un fier de lipit și re-lipiți orice conexiuni care ar putea fi slăbite; 3.) aveți un fir încrucișat undeva în circuitul dvs. - verificați toate firele pentru scurte și separați-le pe cele care ar putea fi atinse - este nevoie doar de un fir mic de cupru slab undeva pentru a face ca circuitul să cedeze; 4.) R3-ul dvs. are o valoare prea mare pentru a permite LED-urilor să funcționeze - luați în considerare înlocuirea acestuia cu un rezistor cu rezistență mai mică sau scurtați ușor firul de nicrom; 5.) comutatorul dvs. nu reușește să închidă circuitul-test cu multimetrul și să îl repare sau să îl înlocuiască; 6.) ați deteriorat anterior LED-ul (LED-urile) sau una dintre celelalte componente din diagramă, fie prin: a.) Nereușind să utilizați rezistențe suficient de mari (de exemplu, un rezistor cu o putere suficientă - R3 ar trebui să fie cel puțin un.25 rezistență de wați) sau un radiator suficient de mare pentru Q2 sau pentru LED-urile dvs. (atât Q2, cât și LED-urile dvs. sunt rapid supuse unor potențiale daune termice dacă nu sunt conectate la radiatoare înainte de a porni circuitul) sau; b.) traversarea firelor și deteriorarea accidentală a LED-urilor dvs. (aceasta este însoțită de obicei de o pufă de fum mirositor); sau 7.) utilizați un Q1 sau Q2 care nu este corect pentru acest circuit. Nu se cunosc alte tipuri de rezistențe înlocuitoare compatibile pentru aceste două componente - dacă încercați să creați acest circuit din alte tipuri de tranzistoare, ar trebui să vă așteptați ca circuitul să nu funcționeze. Mi-aș dori să pot răspunde la întrebări tehnice referitoare la construcția de circuite și drivere cu LED-uri, dar așa cum am spus mai devreme, nu sunt expert și majoritatea a ceea ce vedeți aici a fost deja acoperit într-un alt instructabil scris de cineva care știe mai multe despre acest proces. decât mine. Sperăm că ceea ce ți-am dat aici este cel puțin mai clar și mai explicit decât alte instrumente similare disponibile pe acest site. Noroc!

Dacă circuitul dvs. funcționează, felicitări! Înainte de a finaliza proiectul, asigurați-vă că eliminați orice flux rămas din îmbinările de lipit cu alcool de frecare sau cu un alt solvent adecvat, cum ar fi toluenul. Dacă fluxul este permis să rămână pe circuitul dvs., acesta vă va coroda pinii, vă va deteriora firul de nicrom (dacă utilizați unul) și chiar vă poate deteriora LED-ul cu suficient timp. Fluxul este grozav, dar când ai terminat, trebuie să pleci! De asemenea, asigurați-vă că oricum vă configurați lumina să funcționeze, că nu va exista nicio șansă ca vreunul dintre firele sale să se atingă sau să se destrame accidental când circuitul este utilizat sau mutat. Un amestec mare de adeziv fierbinte poate fi folosit ca un fel de compus de ghiveci, dar compusul de ghiveci real ar fi mai bun. Un circuit neprotejat care se obișnuiește cu orice este predispus la eșec, având suficient timp, iar îmbinările de lipit nu sunt uneori la fel de stabile pe cât am vrea să credem că sunt. Cu cât circuitul final este mai sigur, cu atât veți obține mai multă utilizare din el!