Circuite de conducere LED de mare putere: 12 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:46

LED-uri de mare putere: viitorul iluminării!

dar … cum le folosești? de unde le iei? LED-urile de putere de 1 și 3 wați sunt acum disponibile pe scară largă în gama de la 3 la 5 USD, așa că am lucrat la o grămadă de proiecte care le folosesc în ultima vreme. în acest proces, m-a deranjat că singurele opțiuni despre care vorbește cineva pentru conducerea LED-urilor sunt: (1) un rezistor sau (2) un dispozitiv electronic foarte scump. acum că LED-ul costă 3 USD, se simte greșit să plătești 20 USD pentru dispozitivul care le conduce! Așa că m-am întors la cartea mea „Circuite analogice 101” și mi-am dat seama de câteva circuite simple pentru conducerea LED-urilor de putere care costau doar 1 $ sau 2 $. Acest instructable vă va oferi o lovitură-cu-lovitură a tuturor tipurilor diferite de circuite pentru alimentarea Big LED-urilor, totul, de la rezistențe la comutarea consumabilelor, cu câteva sfaturi despre toate și, desigur, va oferi multe detalii despre noua mea putere simplă Circuite de driver LED și când / cum să le folosesc (și am până acum alte 3 instrumente care folosesc aceste circuite). Unele dintre aceste informații ajung să fie destul de utile și pentru LED-urile mici. Iată celelalte instrumente cu LED-uri de putere, verificați-le pentru alte note și idei. Acest articol vă este oferit de MonkeyLectric și de lumina de bicicletă Monkey Light.

Pasul 1: Prezentare generală / Piese

Există mai multe metode comune pentru alimentarea LED-urilor. De ce toată agitația? Se reduce la acest lucru: 1) LED-urile sunt foarte sensibile la tensiunea utilizată pentru a le alimenta (de exemplu, curentul se schimbă foarte mult cu o mică modificare a tensiunii) 2) Tensiunea necesară se schimbă puțin când LED-ul este aprins sau aer rece și, de asemenea, în funcție de culoarea LED-ului și de detaliile de fabricație. Deci, există mai multe moduri comune în care LED-urile sunt de obicei alimentate și le voi trece peste fiecare în pașii următori.

Acest proiect prezintă mai multe circuite pentru alimentarea LED-urilor de putere. pentru fiecare dintre circuite am notat la pasul relevant părțile necesare, inclusiv numerele de piese pe care le puteți găsi la www.digikey.com. pentru a evita mult conținutul duplicat, acest proiect discută doar circuite specifice și argumentele pro și contra. pentru a afla mai multe despre tehnicile de asamblare și pentru a afla numerele de piese cu LED-uri și unde le puteți obține (și alte subiecte), vă rugăm să consultați unul dintre celelalte proiecte ale mele cu LED-uri de putere.

Pasul 2: Date de performanță ale LED-urilor de alimentare - Diagramă de referință la îndemână

Mai jos sunt câțiva parametri de bază ai LED-urilor Luxeon pe care le veți folosi pentru multe circuite. Folosesc cifrele din acest tabel în mai multe proiecte, așa că aici le așez pe toate într-un singur loc, pe care le pot referi cu ușurință. Luxon 1 și 3 fără curent (punct de oprire): alb / albastru / verde / cian: cădere de 2,4 V (= "LED tensiune înainte") roșu / portocaliu / chihlimbar: 1,8 V cădere Deluxe-1 cu curent 300mA: alb / albastru / verde / cian: 3,3 V cădere (= "LED tensiune înainte") roșu / portocaliu / chihlimbar: 2.7V dropLuxeon-1 cu 800mA curent (peste spec.): toate culorile: 3.8V dropLuxeon-3 cu 300mA curent: alb / albastru / verde / cyan: 3.3V dropred / portocaliu / chihlimbar: 2.5V dropLuxeon-3 cu 800mA curent: alb / albastru / verde / cian: 3,8V picătură / portocaliu / chihlimbar: 3,0V picătură (notă: testele mele nu sunt de acord cu foaia de specificații) Luxeon-3 cu 1200mA curent: roșu / portocaliu / chihlimbar: 3,3V picătură (notă: testele mele nu sunt de acord cu foaia de specificații) Valorile tipice pentru LED-urile „mici” obișnuite cu 20mA sunt: roșu / portocaliu / galben: 2,0 V dropgreen / cyan / albastru / violet / alb: 3,5V drop

Pasul 3: Puterea directă

De ce nu conectați bateria direct la LED? Pare atât de simplu! Care este problema? Pot să o fac vreodată? Problema este fiabilitatea, consistența și robustețea. Așa cum am menționat, curentul printr-un LED este foarte sensibil la mici modificări ale tensiunii LED-ului, precum și la temperatura ambiantă a LED-ului și, de asemenea, la variațiile de fabricație ale LED-ului. Deci, atunci când conectați doar LED-ul la o baterie, aveți puțină idee despre cât de mult curent trece prin el. „dar ce, s-a luminat, nu-i așa?”. OK sigur. în funcție de baterie, este posibil să aveți prea mult curent (ledul se încălzește foarte mult și se arde rapid) sau prea puțin (ledul este slab). cealaltă problemă este că, chiar dacă led-ul este corect atunci când îl conectați pentru prima dată, dacă îl duceți într-un mediu nou, care este mai fierbinte sau mai rece, fie va deveni slab sau prea luminos și se va arde, deoarece ledul este foarte temperatură sensibil. variațiile de fabricație pot provoca, de asemenea, variabilitate. Deci, poate citiți toate acestea și vă gândiți: „și ce!”. dacă da, arătați înainte și conectați-vă direct la baterie. pentru unele aplicații poate fi calea de urmat.- Rezumat: folosiți acest lucru numai pentru hacks, nu vă așteptați să fie fiabil sau consecvent și așteptați să ardeți unele LED-uri pe parcurs.- Un hack celebru care pune această metodă Utilizarea extrem de bună este LED-ul Throwie. Note: - dacă utilizați o baterie, această metodă va funcționa cel mai bine folosind baterii * mici *, deoarece o baterie mică acționează ca și cum ar avea un rezistor intern. acesta este unul dintre motivele pentru care LED-ul Throwie funcționează atât de bine. Dacă doriți efectiv să faceți acest lucru cu un LED de putere, mai degrabă decât cu un LED de 3 cenți, alegeți tensiunea bateriei, astfel încât LED-ul să nu fie la putere maximă. acesta este celălalt motiv pentru care LED Throwie funcționează atât de bine.

Pasul 4: Rezistența umilă

Aceasta este de departe cea mai utilizată metodă de alimentare a LED-urilor. Conectați doar un rezistor în serie cu LED-ul (LED-urile) dvs. Pro: - aceasta este cea mai simplă metodă care funcționează în mod fiabil - are doar o parte - costă bani (de fapt, mai puțin de un ban în cantitate) contra: - nu foarte eficient. trebuie să schimbați puterea irosită împotriva luminozității LED consistente și fiabile. dacă risipiți mai puțină energie în rezistor, veți obține o performanță mai redusă a LED-ului. Trebuie să schimbați rezistorul pentru a schimba luminozitatea LED-ului.

Cum se face: există o mulțime de pagini web excelente care explică deja această metodă. De obicei, doriți să aflați: - ce valoare a rezistorului să utilizați - cum să conectați led-ul dvs. în serie sau în paralel Există două "calculatoare LED" bune pe care le-am găsit, care vă vor permite să introduceți specificațiile LED-urilor și a sursei de alimentare și acestea vor fi proiectați seria completă / circuit paralel și rezistențe pentru dvs.! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods / ledcalc / index_eng Când utilizați aceste web calculatoare, utilizați diagrama de referință pentru LED-urile Power pentru numerele de curent și tensiune pe care vi le solicită calculatorul. Dacă utilizați metoda rezistorului cu LED-uri de alimentare, veți dori rapid să obțineți o mulțime de rezistențe de putere ieftine! iată câteva ieftine de la digikey: „Yageo SQP500JB” sunt o serie de rezistențe de 5 wați.

Pasul 5: $ witching Regulators

Regulatoarele de comutare, denumite convertoare „DC-to-DC”, „buck” sau „boost”, sunt modalitatea fantezistă de a alimenta un LED. le fac pe toate, dar sunt scumpe. ce „fac” exact? regulatorul de comutare poate fie descrește („buck”), fie intensifica („boost”) tensiunea de intrare a sursei de alimentare la tensiunea exactă necesară pentru alimentarea LED-urilor. spre deosebire de un rezistor, acesta monitorizează constant curentul LED și se adaptează pentru a-l menține constant. Face toate acestea cu o eficiență energetică de 80-95%, indiferent cât de mult este step-down sau step-up. Pro: - performanță constantă a LED-urilor pentru o gamă largă de LED-uri și sursă de alimentare- Eficiență ridicată, de obicei 80-90% pentru convertoarele boost și 90-95% pentru convertoarele Buck - pot alimenta LED-urile de la surse de tensiune mai mici sau mai mari (step-up sau step-down) - unele unități pot regla luminozitatea LED-urilor sunt disponibile și ușoare to useCons: - complex și costisitor: de obicei aproximativ 20 USD pentru o unitate ambalată. - pentru a-ți crea propriile necesită mai multe piese și abilități de inginerie electricăz.

Un dispozitiv disponibil de la raft, conceput special pentru led-uri electrice, este Buckpuck de la LED Dynamics. Am folosit unul dintre acestea în proiectul meu cu faruri cu putere și am fost destul de mulțumit de el. aceste dispozitive sunt disponibile de la majoritatea magazinelor web LED.

Pasul 6: Lucrurile noi !! Sursa de curent constant # 1

Primul set de circuite sunt toate mici variații pe o sursă de curent constant super-simplă Pro: - performanță constantă a LED-ului cu orice sursă de alimentare și LED-uri - costă aproximativ 1 USD - doar 4 piese simple de conectat - eficiența poate depăși 90% (cu LED-uri și o selecție adecvată a sursei de alimentare) - poate gestiona MULTE puteri, 20 Amperi sau mai mult, fără probleme..- domeniu de operare foarte larg: între 3V și 60V intrare Cons: - trebuie să schimbe un rezistor pentru a schimba luminozitatea LED-ului - dacă este configurat prost, poate pierde la fel de multă energie ca metoda rezistorului - trebuie să-l construiești singur (oh, așteaptă, asta ar trebui să fie un „pro”).- limita de curent se schimbă puțin odată cu temperatura mediului ambiant (poate fi și un „pro”). Deci, pentru a rezuma: acest circuit funcționează la fel de bine ca regulatorul de comutare treptat, singura diferență este că nu garantează 90% eficiență. în plus, costă doar 1 USD.

Cea mai simplă versiune mai întâi: „Sursa de curent constant cu cost redus # 1” Acest circuit este prezentat în proiectul meu simplu de lumină cu putere. Cum funcționează? - Q2 (un NFET de putere) este utilizat ca rezistor variabil. Q2 începe pornit de R1.- Q1 (un NPN mic) este folosit ca un comutator de detectare a supracurentului, iar R3 este „rezistorul de sens” sau „rezistorul setat” care declanșează Q1 atunci când curge prea mult curent. fluxul principal de curent este prin LED-uri, prin Q2 și prin R3. Când curge prea mult curent prin R3, Q1 va începe să pornească, care începe să oprească Q2. Dezactivarea Q2 reduce curentul prin LED-uri și R3. Așa că am creat o „buclă de feedback”, care monitorizează continuu curentul LED și îl menține exact la punctul stabilit în orice moment. tranzistoarele sunt inteligente, huh! - R1 are o rezistență ridicată, astfel încât atunci când Q1 începe să pornească, acesta depășește cu ușurință R1. Orice exces de putere este ars în Q2. Astfel, pentru o eficiență maximă, dorim să ne configurăm șirul de LED-uri astfel încât să fie aproape de tensiunea de alimentare. Va funcționa bine dacă nu facem acest lucru, vom risipi doar energia. acesta este cu adevărat singurul dezavantaj al acestui circuit în comparație cu un regulator de comutare treptat! setarea curentului! valoarea R3 determină curentul setat. Calcule: - Curentul LED este aproximativ egal cu: 0,5 / R3- R3 putere: disipat de rezistor este de aproximativ: 0,25 / R3. alegeți o valoare a rezistorului de cel puțin 2x puterea calculată, astfel încât rezistența să nu ardă. Deci pentru curent LED de 700mA: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohmi. cel mai apropiat rezistor standard este de 0,75 ohmi. Putere R3 = 0,25 / 0,71 = 0,35 wați. Vom avea nevoie de cel puțin un rezistor nominal de 1/2 watt. rezistor. (o alegere bună de 2 wați este: seria Panasonic ERX-2SJR) Q2: mare (pachet TO-220) FET la nivel logic cu canal N (cum ar fi: Fairchild FQP50N06L) Q1: mic (pachet TO-92) tranzistor NPN (precum: Fairchild 2N5088BU) Limite maxime: singura limită reală la circuitul sursă de curent este impusă de NFET Q2. Q2 limitează circuitul în două moduri: 1) disiparea puterii. Q2 acționează ca un rezistor variabil, reducând tensiunea de la sursa de alimentare pentru a se potrivi nevoilor LED-urilor. deci Q2 va avea nevoie de un radiator dacă există un curent LED ridicat sau dacă tensiunea sursei de alimentare este mult mai mare decât tensiunea șirului LED. (Puterea Q2 = volți scăzuți * curent LED). Q2 poate suporta doar 2/3 wați înainte de a avea nevoie de un fel de radiator. cu un radiator mare, acest circuit poate gestiona o mulțime de putere și curent - probabil 50 de wați și 20 amperi cu acest tranzistor exact, dar puteți pune mai multe tranzistoare în paralel pentru mai multă putere. pinul "G" de pe Q2 este evaluat doar pentru 20V și, cu acest circuit cel mai simplu, care va limita tensiunea de intrare la 20V (să spunem că 18V sunt siguri). dacă utilizați un NFET diferit, asigurați-vă că verificați ratingul "Vgs". sensibilitate termică: set-point-ul curent este oarecum sensibil la temperatură. acest lucru se datorează faptului că Q1 este declanșatorul, iar Q1 este sensibil din punct de vedere termic. partea nuber pe care am specificat-o mai sus este una dintre cele mai puțin sensibile termic NPN pe care le-aș putea găsi. chiar și așa, așteptați probabil o reducere de 30% a valorii setate curente pe măsură ce treceți de la -20C la + 100C. acesta poate fi un efect dorit, ar putea salva Q2 sau LED-urile de la supraîncălzire.

Pasul 7: modificări constante ale sursei de curent: # 2 și # 3

aceste ușoare modificări ale circuitului # 1 abordează limitarea tensiunii primului circuit. trebuie să menținem Poarta NFET (pinul G) sub 20V dacă dorim să utilizăm o sursă de alimentare mai mare de 20V. se pare că și noi dorim să facem acest lucru, astfel încât să putem interfața acest circuit cu un microcontroler sau computer.

în circuitul # 2, am adăugat R2, în timp ce în # 3 am înlocuit R2 cu Z1, o diodă zener. circuitul nr. 3 este cel mai bun, dar am inclus numărul 2, deoarece este un hack rapid dacă nu aveți valoarea corectă a diodei zener. vrem să setăm tensiunea pinului G la aproximativ 5 volți - utilizați o diodă zener de 4,7 sau 5,1 volți (cum ar fi: 1N4732A sau 1N4733A) - orice nivel inferior și Q2 nu vor putea porni până la capăt nu va funcționa cu majoritatea microcontrolerelor. dacă tensiunea de intrare este sub 10V, comutați R1 pentru un rezistor de 22k-ohm, dioda zener nu funcționează decât dacă există 10uA prin el. după această modificare, circuitul va gestiona 60V cu piesele listate și puteți găsi cu ușurință un Q2 de tensiune mai mare dacă este necesar.

Pasul 8: Un mic micro face diferența

Acum ce? Conectați-vă la un microcontroler, PWM sau la un computer! microcontrolerul dvs. este de 3,3 V sau mai puțin, trebuie să utilizați circuitul # 4 și să setați pinul de ieșire al microcontrolerului pentru a fi „colector deschis” - care permite microfonului să tragă pinul, dar permite rezistenței R1 să-l tragă până la 5V, care este necesar pentru a porni Q2. dacă micro-ul dvs. este de 5V, atunci puteți utiliza circuitul mai simplu # 5, eliminând Z1 și setați pinul de ieșire al micro-ului să fie modul normal pull-up / pull-down - micro-ul de 5V poate porni Q2 foarte bine de unul singur. Acum că ai un PWM sau un micro conectat, cum faci un control digital al luminii? pentru a schimba luminozitatea luminii, o „PWM”: o aprindeți și o opriți rapid (200 Hz este o viteză bună) și schimbați raportul dintre timp și timp de oprire. Acest lucru se poate face doar cu câteva linii de cod într-un microcontroler. pentru a face acest lucru folosind doar un cip „555”, încercați acest circuit. pentru a utiliza acel circuit, scăpați de M1, D3 și R2, iar Q1-ul lor este Q2-ul nostru.

Pasul 9: O altă metodă de estompare

ok, deci poate că nu vrei să folosești un microcontroler? iată o altă modificare simplă pe „circuitul nr. 1”

cea mai simplă modalitate de estompare a LED-urilor este schimbarea set-point-ului curent. deci vom schimba R3! prezentat mai jos, am adăugat R4 și un comutator în paralel cu R3. deci, cu comutatorul deschis, curentul este setat de R3, cu comutatorul închis, curentul este setat de noua valoare a lui R3 în paralel cu R4 - mai mult curent. deci acum avem „putere mare” și „putere redusă” - perfect pentru o lanternă. poate doriți să puneți un cadran cu rezistență variabilă pentru R3? din păcate, nu le fac într-o valoare de rezistență atât de scăzută, așa că avem nevoie de ceva puțin mai complicat pentru a face asta. (vezi circuitul nr. 1 pentru cum să alegi valorile componentelor)

Pasul 10: Driverul analogic reglabil

Acest circuit vă permite să aveți o luminozitate reglabilă, dar fără a utiliza un microcontroler. Este complet analogic! costă puțin mai mult - aproximativ 2 USD sau 2,50 USD în total - sper să nu vă deranjeze. Principala diferență este că NFET este înlocuit cu un regulator de tensiune. regulatorul de tensiune scade tensiunea de intrare la fel ca NFET, dar este conceput astfel încât tensiunea sa de ieșire să fie setată de raportul dintre două rezistențe (R2 + R4 și R1). Circuitul cu limită de curent funcționează în același mod ca și înainte, în acest caz reduce rezistența pe R2, scăzând ieșirea regulatorului de tensiune. Acest circuit vă permite să setați tensiunea LED-urilor la orice valoare folosind un cadran sau un glisor, dar limitează și curentul LED-ului ca înainte nu puteți întoarce discul dincolo de punctul de siguranță. Am folosit acest circuit în proiectul meu de iluminare RGB color controlată de cameră / spot. Vă rugăm să vedeți proiectul de mai sus pentru numerele de piese și selectarea valorii rezistorului. Acest circuit poate funcționa cu o tensiune de intrare de la 5V la 28V și până la 5 amperi de curent (cu radiator pe regulator)

Pasul 11: o sursă de curent * mai simplă *

ok, deci se pare că există o modalitate și mai simplă de a crea o sursă de curent constant. motivul pentru care nu l-am pus pe primul loc este că are cel puțin un dezavantaj semnificativ.

Acesta nu folosește un tranzistor NFET sau NPN, ci are doar un singur regulator de tensiune. Comparativ cu „sursa simplă de curent” anterioară folosind doi tranzistori, acest circuit are: - și mai puține piese. - „abandon” de 2.4V mult mai mare, care va reduce semnificativ eficiența atunci când alimentați doar 1 LED. dacă alimentați un șir de 5 LED-uri, poate că nu este o problemă atât de mare. - nicio modificare a set-point-ului curent la schimbarea temperaturii - capacitate de curent mai mică (5 amperi - încă suficientă pentru o mulțime de LED-uri)

modul de utilizare: rezistorul R3 setează curentul. formula este: LED curent în amperi = 1,25 / R3 deci pentru un curent de 550mA, setați R3 la 2,2 ohmi veți avea nevoie de obicei de un rezistor de putere, putere R3 în wați = 1,56 / R3 acest circuit are și dezavantajul că singurul modalitatea de a-l utiliza cu un microcontroler sau PWM este să porniți și să dezactivați întregul lucru cu un FET de alimentare. și singura modalitate de a schimba luminozitatea LED-ului este să schimbați R3, deci consultați schema anterioară pentru „circuitul # 5”, care arată adăugarea unui comutator de putere scăzută / mare. Pinout regulator: ADJ = pin 1 OUT = pin 2 IN = pin 3 piese: regulator: fie LD1585CV, fie LM1084IT-ADJ condensator: condensator de 10u la 100u, 6,3 volți sau mai mare (cum ar fi: Panasonic ECA-1VHG470) rezistor: un rezistor de 2 wați minim (cum ar fi: seria Panasonic ERX-2J) puteți construi acest lucru cu aproape orice regulator de tensiune liniar, cele două enumerate au o performanță generală bună și un preț. clasicul „LM317” este ieftin, dar abandonul este chiar mai mare - 3,5 volți în total în acest mod. acum există o mulțime de regulatoare de montare pe suprafață cu scăderi ultra-scăzute pentru o utilizare redusă a curentului, dacă trebuie să alimentați 1 LED de la o baterie, acestea ar merita să fie analizate.

Pasul 12: Haha! Există o modalitate chiar mai ușoară

Îmi este rușine să spun că nu m-am gândit la această metodă, am aflat despre ea când am demontat o lanternă care avea un LED cu luminozitate ridicată în interior.

-------------- Puneți un rezistor PTC (cunoscut și sub numele de „siguranță resetabilă PTC”) în serie cu LED-ul dvs. Wow.nu devine mai ușor de atât. -------------- Bine. Deși simplă, această metodă are câteva dezavantaje: - Tensiunea dvs. de conducere poate fi doar puțin mai mare decât tensiunea LED „pornită”. Acest lucru se datorează faptului că siguranțele PTC nu sunt concepute pentru a scăpa de multă căldură, așa că trebuie să mențineți tensiunea scăzută pe PTC destul de scăzută. vă puteți lipi ptc pe o placă de metal pentru a ajuta puțin. - Nu veți putea conduce LED-ul la puterea sa maximă. Siguranțele PTC nu au un curent de „declanșare” foarte precis. De obicei, acestea variază cu un factor 2 față de punctul de declanșare nominal. Deci, dacă aveți un LED care are nevoie de 500mA și obțineți un PTC evaluat la 500mA, veți ajunge oriunde de la 500mA la 1000mA - nu este sigur pentru LED. Singura alegere sigură a PTC este puțin subevaluată. Obțineți PTC de 250mA, atunci cel mai rău caz este 500mA pe care LED-ul îl poate gestiona. ----------------- Exemplu: pentru un singur LED evaluat la aproximativ 3,4 V și 500 mA. Conectați-vă în serie cu un PTC evaluat la aproximativ 250 mA. Tensiunea de conducere ar trebui să fie de aproximativ 4,0V.