Jednoduchý napájací LED lineárny prúdový regulátor, revidovaný a objasnený: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:55

Tento návod je v podstate opakovaním Danovho lineárneho obvodu regulátora prúdu. Jeho verzia je, samozrejme, veľmi dobrá, ale niečo jej chýba v prehľadnosti. Toto je môj pokus to vyriešiť. Ak pochopíte a dokážete postaviť Danovu verziu, moja verzia vám pravdepodobne nepovedie nič strašne nové. Avšak … … Pri zostavovaní vlastného regulátora na základe Dana som sa stále pozeral na jeho fotografie súčiastok a škúlenie- ktorý kolík sa pripája ku ktorému ďalšiemu kolíku ?? Súvisí to s tým alebo nie? Je to samozrejme jednoduchý obvod, ale nie som elektrotechnik a nechcel som to pokaziť … Pretože nesprávne, hoci aj trocha, niekedy spôsobí, že veci prestanú fungovať. Pridal som komponent: prepínač medzi kladným vodičom zdroja jednosmerného prúdu a zvyškom obvodu, aby som ho mohol zapnúť a vypnúť. Nie je dôvod to vylúčiť a je to veľmi praktické. Tu by som tiež mal na začiatku poznamenať: čokoľvek, čo „Danove“tvrdenia môžu znamenať opak, tento obvod NIE JE v konečnom dôsledku vhodný na napájanie LED diódy zo zdroja, ktorý je výrazne nad poklesom napätia LED. Skúsil som poháňať jednu 3,2 V modrú LED diódu pri 140 mAh (testovaný prúd bol v skutočnosti 133 mAh- veľmi blízko) z napájania s napätím 9,5 V a konečným výsledkom bolo, že do 60 sekúnd LED dióda začala blikať a potom nakoniec vypnúť … Stalo sa to niekoľkokrát so stále sa znižujúcimi časovými intervalmi medzi zapnutím a zlyhaním. Teraz sa vôbec nezapne. Keď som to povedal, tiež som takmer mesiac poháňal jednu RGB vysokovýkonnú LED takmer nepretržite pomocou iného napájacieho zdroja, ktorý viac zodpovedá poklesu napätia LED- takže tento obvod môže fungovať, ale nie vždy, určite nie tak, ako sa pôvodne sľubovalo, a môže veľmi dobre zničiť vašu LED diódu napájania. Hlas skúsenosti hovorí, že to bude fungovať, pokiaľ sa požiadavky vašich LED diód budú presne zhodovať s výkonom vo voltoch vychádzajúcich z vášho napájacieho zdroja. Ak spozorujete blikanie, znamená to, že LED diódy LED horia a sú/sú už trvale poškodené. Trvalo mi šesť zničených LED diód, aby som to zistil. „Mnoho Bothanovcov zomrelo, aby nám priniesli tieto informácie …“Dodávky: Tu je Danov zoznam dodávok komponentov, slovo od slova, ale opravený pre prvú položku (Dan omylom zadal číslo produktu odporu 10K ohmov, nie 100K ohmov- zoznam teraz zobrazuje číslo pre správny typ). Tiež som pridal odkazy na aktuálne uvedené produkty:-R1: odpor približne 100 kOhm (ako napríklad: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: odpor nastavený prúdom-pozri nižšie Q1: malý tranzistor NPN (napríklad: Fairchild 2N5088BU) Q2: veľký N-kanálový FET (ako napríklad: Fairchild FQP50N06L) LED: výkonová LED (napríklad: Luxeon 1-wattová biela hviezda LXHL-MWEC)

- Komponent spínača, S1, by mal byť dimenzovaný na napätie zdroja jednosmerného prúdu, ktorý budete používať. Napríklad vypínač 12 V nebude navrhnutý tak, aby zvládal napájanie 18 V. Všimnite si toho, že Q2 sa tiež nazýva MOSFET, nMOSFET, NMOS, n-kanálový MOSFET a n-kanálový MOSFET QFET, Q1 sa tiež nazýva tranzistor bipolárnej križovatky NPN alebo NPN BJT. Dan sa nezaoberá tým, čo znamená „približne“, ani nevysvetľuje, ako ďaleko sa môžete dostať alebo čo to ovplyvní; ani nevysvetľuje „malé“alebo „veľké“a účinky, ktoré môžu mať. Bohužiaľ, ani ja. Zdá sa, že sme uviazli na dodržiavaní týchto špecifických komponentov, pokiaľ nezískame titul z elektrotechniky. Zvlášť vzhľadom na chúlostivosť zapojených LED sa striktné dodržiavanie zdá byť jedinou rozumnou možnosťou.

Pokiaľ ide o R3:

Podľa Dana musí hodnota R3 v ohmoch súvisieť s prúdom, pri ktorom chcete napájať svoju LED diódu (limity, ktoré už výrobca stanovil), aby váš požadovaný prúd v ampéroch = 0,5/R3. V takejto rovnici bude mať vyšší odpor v R3 za následok, že cez LED bude prúdený menší prúd. Intuitívne to vedie k záveru, že perfektný odpor (tj. Absencia akéhokoľvek odporu) by znamenal, že LED dióda nebude fungovať (0,5/nekonečno = menej ako nula). V skutočnosti si však nie som vôbec istý, či je to pravda, a moje vlastné empirické testy tohto obvodu naznačujú, že tomu tak nie je. Napriek tomu, ak budeme postupovať podľa Danovho plánu, R3 5 ohmov bude produkovať konštantný prúd 0,5/5 = 0,1 ampéra alebo 100 miliampérov. Zdá sa, že veľký podiel výkonových LED diód má približne 350 mAh, takže na tieto budete musieť stanoviť hodnotu R3 približne 1,5 ohmu. Pre tých, ktorí nie sú dostatočne oboznámení s odpormi, majte na pamäti, že 1,5 ohmov môžete stanoviť súbežným použitím kombinácie rôznych odporov, pokiaľ je váš konečný kombinovaný výsledok s odporom 1,5 ohmu. Ak napríklad použijete dva odpory, vaša hodnota R3 sa bude rovnať hodnote rezistora 1 vynásobenej hodnotou rezistora 2 a súčinu vydeleného súčtom R1+R2. Ďalší príklad: 1 odpor 5 ohmov kombinovaný paralelne s iným, povedzme, 3 ohmy, vám poskytne (5x3)/(5+3) = 15/8 = 1,875 ohmov, čo by potom viedlo k konštantnému prúdu v tomto obvode 0,5/1,875 = 0,226 ampéra alebo 266 mAh.

Rezistory majú rôzne schopnosti odvádzať energiu. Malé rezistory môžu odvádzať menší výkon ako väčšie, pretože väčšie rezistory nespália tak rýchlo, ak nimi preteká príliš veľa prúdu. V tomto obvode nemôžete použiť povrchový odpor, pretože nedokáže zvládnuť stratový výkon. Tiež nebudete môcť nájsť odpor, ktorý je „príliš veľký“. Väčšie/ fyzicky väčšie odpory sú schopné zvládnuť viac energie ako menšie. Získanie väčších môže stáť viac a zaberie viac miesta, ale cena je zvyčajne zanedbateľná (každé rozbité stereo má stovku rezistorov s obrovským výkonom) a rozdiel v priestore je rádovo kubických milimetrov, takže pokojne sa mýlite na strane opatrnosti a použite najväčšie odpory vhodného odporu, aké môžete nájsť. Môžete vybrať príliš malý, ale nie je možné vybrať príliš veľký.

Všimnite si toho, že ak máte náhodou po ruke nejaký nichromový drôt s vysokým odporom, môžete ho pravdepodobne skrátiť na dĺžku, ktorá bude zodpovedať vašim požiadavkám na odpor, bez toho, aby ste museli hrať s viacerými odpormi. Na testovanie skutočnej hodnoty odporu budete potrebovať merač ohmu. Majte na pamäti, že medzi dvoma vodičmi vášho merača ohmu je pravdepodobne určitý stupeň odporu (možno až 1 ohm): najskôr to vyskúšajte dotknite sa ich a zistite, čo zariadenie číta, a potom to vezmite do úvahy, keď určíte, koľko nichromového drôtu budete používať (ak zistíte odpor 0,5 ohmu, keď sa dotknete vodičov vášho ohmmetra spoločne a budete musieť skončiť až, povedzme, 1,5 ohmu odporu na ich nichromovom drôte, potom tento kábel potrebujete na to, aby vám „zmeral“2,0 ohmový odpor na ohmmetri).

Alternatívne existuje aj spôsob, ako použiť trocha nichromového drôtu na dokončenie tohto obvodu aj pre LED diódy, ktorých menovitý prúd nepoznáte! Akonáhle je váš obvod kompletný, ale chýba mu R3, použite nichromový drôt, ktorý je určite dlhší ako potrebný odpor najmenej o palec alebo dva (čím hrubší je tento vodič, tým dlhší kus budete potrebovať. Potom zapnite obvod- nič sa nestane. Teraz pripevnite v strede U nichromového drôtu elektrickú vŕtačku tak, aby sa vrták krútil a začal omotávať drôt okolo vrtáka. POMALY zapnite vrták. Ak sú všetky ostatné diely zapojíte správne, dióda LED sa čoskoro veľmi slabo rozsvieti a s kratším vodičom sa rozjasní! Zastavte, keď je svetlo jasné- ak je vodič príliš krátky, LED dióda zhasne. Nie Je však veľmi ťažké posúdiť, kedy bol tento okamih dosiahnutý, takže využijete svoje šance s touto technikou.

Čo sa týka chladičov: Dan tiež spomína možný význam chladičov pre tento projekt a potrebu externého napájania jednosmerným prúdom medzi 4 a 18 voltmi (pre tento zdroj energie zjavne zosilňovače nezáleží, aj keď to neviem istý). Ak prevádzkujete napájaciu LED diódu, budete potrebovať nejaký chladič, ktorý je k nej pripevnený, a pravdepodobne ju budete potrebovať nad rámec jednoduchej hliníkovej „hviezdy“, ktorá je súčasťou mnohých LED diód Luxeon. Chladič na Q2 budete potrebovať iba vtedy, ak obvodom napájate viac ako 200 mAh a/ alebo rozdiel v napätí medzi zdrojom jednosmerného prúdu a kombinovaným „poklesom“napätia vašich diód LED je „veľký“(ak rozdiel je viac ako 2 volty, určite by som použil chladič). Najúčinnejšie použitie akéhokoľvek chladiča vyžaduje aj použitie malého množstva tepelného tuku (Arctic Silver sa považuje za špičkový výrobok): chladič aj telo MOSFET/ LED vyčistite alkoholom, rozotrite rovnomerná, TENKÁ vrstva tepelného tuku na každom povrchu (na úplne najhladšie, najrovnomernejšie a najtenšie výsledky používam nôž X-acto), potom povrchy pritlačte k sebe a zaistite jednou alebo viacerými skrutkami na príslušnom mieste. Alternatívne existuje niekoľko druhov tepelných pások, ktoré budú tiež slúžiť na rovnaký účel. Tu je niekoľko vhodných možností pre chladič a napájanie pre typické nastavenie s jednou diódou LED (pamätajte na to, že v mnohých nastaveniach budete možno potrebovať dva chladiče- jeden pre LED a jeden pre MOSFET): Chladič

Pokiaľ ide o napájacie zdroje: Rýchla poznámka k napájacím zdrojom: prakticky všetky napájacie zdroje uvádzajú niekde na obale, koľko voltov budú mať a aké zosilňovače môžu dodať. Počet voltov je však takmer všeobecne podhodnotený a prakticky všetky napájacie zdroje skutočne dodávajú určité množstvo napätia vyššie, ako je uvedené na ich obale. Z tohto dôvodu bude dôležité otestovať akýkoľvek daný zdroj napájania, ktorý tvrdí, že dodáva napätie v blízkosti horného konca nášho spektra (tj. Blízko 18 voltov), aby ste sa uistili, že v skutočnosti nedodáva príliš veľa energie (pravdepodobne by bolo 25 voltov) prekročiť konštrukčné obmedzenia nášho obvodu). Našťastie kvôli povahe obvodu nebude toto nadhodnotenie napätia spravidla problémom, pretože obvod dokáže zvládnuť široký rozsah napätí bez poškodenia LED diód.

Krok 1: Vytvorte chladič

Ak budete potrebovať chladič pre váš Q2, možno budete musieť do tohto chladiča vyvŕtať dieru, aby ste mohli prevŕtať skrutku cez veľký otvor v tele MOSFETu. Nie je potrebná presná skrutka, pokiaľ je vaša skrutka schopná prejsť otvorom MOSFET, hlava skrutky je väčšia (iba mierne) ako tento otvor a priemer otvoru, ktorý vytvoríte v chladiči, je nie je oveľa menší ako priemer valca skrutky. Všeobecne platí, že ak použijete vrták, ktorého priemer je blízky, ale o niečo menší ako priemer valca vašej skrutky, nebudete mať problémy s pripevnením MOSFETU k chladiču. Závity na väčšine oceľových skrutiek sú viac než dostatočne silné, aby sa dali prerezať do chladiča (za predpokladu, že je to hliník alebo meď), a tým „vytvoriť“potrebný závitový otvor. Vŕtanie do hliníka by sa malo vykonávať niekoľkými kvapkami veľmi tenkého strojného oleja na špičke vrtáka (napríklad olejom 3 v 1 alebo olejom do šijacieho stroja) a vrták zatlačiť jemným pevným tlakom približne 600 otáčok za minútu a 115 krútiaci moment v librách (táto vŕtačka Black & Decker alebo niečo podobné bude dobre fungovať). Buďte opatrní: bude to veľmi malý, plytký otvor a veľmi tenký vrták sa môže zlomiť, ak naň budete príliš dlho tlačiť! Dobre si všimnite: „telo“Q2 je elektricky spojené s kolíkom „zdroja“Q2- ak sa niečo vo vašom obvode dotkne tohto chladiča okrem tela MOSFETu, môžete vytvoriť elektrický skrat, ktorý by mohol sfúknuť vašu LED diódu. Zvážte pokrytie strany chladiča obrátenej k vašim vodičom vrstvou elektrickej pásky, aby ste tomu zabránili (ale chladič neprikladajte do vrecka viac, ako je potrebné, pretože jeho účelom je presunúť teplo z MOSFET do okolitý vzduch- elektrická páska je izolátor, nie vodič tepelnej energie).

Krok 2: Okruh

Tu je to, čo musíte urobiť pre vytvorenie tohto obvodu:

* Spájajte kladný vodič napájacieho zdroja s kladným uzlom LED diódy. Do rovnakého bodu (kladný uzol na dióde LED) tiež spájkujte jeden koniec rezistora 100K.

* Druhý koniec rezistora spájkujte s kolíkom GATE na MOSFETe a s kolíkom COLLECTOR menšieho tranzistora. Ak by ste spojili dva tranzistory a kovová strana MOSFETU by mala smerovať od vás so všetkými šiestimi tranzistorovými kolíkmi smerujúcimi nadol, pin GATE a COLLECTOR sú PRVÉ DVE PINY týchto tranzistorov- inými slovami, spájkujte dva piny tranzistorov úplne vľavo a spájkujte ich s nepripojeným koncom 100K rezistora.

* Pripojte stredný pin MOSFETU, pin DRAIN, k zápornému uzlu LED diódy. K LED dióde nebude pripojené nič viac.

* Pripojte BASE pin malého tranzistora (t. J. Stredný pin) ku kolíku SOURCE na MOSFETe (čo je jeho pravý kolík).

* Pripojte kolík EMITTER (pravý kolík) menšieho tranzistora k zápornému vodiču napájacieho zdroja.

* Pripojte ten istý kolík na jeden koniec R3, váš odpor (rezistory) zvolený pre potreby vašich LED diód.

* Pripojte INÝ koniec tohto rezistora k vyššie uvedenému pinu BASE/ SOURCE na oboch tranzistoroch.

Zhrnutie: to všetko znamená, že navzájom spájate stredný a krajný kolík malého tranzistora navzájom cez odpor R3 a tranzistory k sebe pripájate dvakrát priamo (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) a opäť nepriamo cez R3 (EMITTER DO SOURCE). Stredný kolík MOSFETU, DRAIN, nemá nič spoločné, iba sa pripojiť k zápornému uzlu vašej diódy LED. LED dióda sa pripája k vášmu prichádzajúcemu napájaciemu vodiču a k jednému koncu R1, rezistoru 100K (druhý uzol LED je pripojený k kolíku DRAIN, ako bolo uvedené vyššie). Kolík EMITTER sa pripája priamo k zápornému vodiču vášho napájacieho zdroja a potom sa vráti späť na seba (na svoj vlastný BASE pin) a na MOSFET tretí a poslednýkrát cez odpor R3, ktorý sa tiež pripája priamo na záporný vodič napájanie. MOSFET sa nikdy nepripojí priamo k zápornému ani kladnému vodiču napájacieho zdroja, ale k obom z nich sa pripojí prostredníctvom každého z dvoch odporov! Medzi tretím kolíkom malého tranzistora, jeho EMITTEROM a záporným vodičom napájacieho zdroja nie je žiadny odpor- pripája sa priamo. Na druhom konci nastavenia je napájací zdroj pripojený priamo k dióde LED, aj keď môže čerpať príliš veľa energie (najskôr), aby sa táto LED nespálila: dodatočné napätie, ktoré by spôsobilo toto poškodenie, je vedený späť cez 100K odpor a cez naše tranzistory, ktoré ho budú držať pod kontrolou.

Krok 3: Zapnite ho: Riešenie problémov, ak je to potrebné

Akonáhle sú chladiče pripevnené a vaše spájkovacie spoje sú pevné a ste si istí, že vaše LED diódy sú správne orientované a že ste k správnym vodičom pripojili správne vodiče, je načase zapojiť napájanie jednosmerným prúdom a prepnite vypínač! V tomto okamihu sa pravdepodobne stane jedna z troch vecí: LED diódy (diódy) sa rozsvietia podľa očakávania, LED diódy (diódy) krátko bliknú a potom zhasnú, alebo sa nestane vôbec nič. Ak získate prvý z týchto výsledkov, gratulujeme! Teraz máte pracovný obvod! Nech ti to dlho vydrží. Ak získate výsledok č. 2, potom ste práve vyhodili diódy LED a budete musieť začať odznova s úplne novými (a budete musieť znova vyhodnotiť svoj obvod a zistiť, kde ste urobili chybu, pravdepodobne buď pripojením nesprávne zapojený drôt alebo nechať prejsť 2 drôty, ktoré by ste nemali mať). Ak získate výsledok č. 3, potom je vo vašom obvode niečo v poriadku. Vypnite ho, odpojte napájanie jednosmerným prúdom a prechádzajte okruh po zapojení, pričom sa uistite, že každý vodič zapojíte správne a že všetky diódy LED sú v obvode správne orientované. Zvážte tiež dvojitú kontrolu známej hodnoty miliampéru vašich LED diód a uistite sa, že hodnota, ktorú ste vybrali a používate pre R3, poskytne dostatok prúdu na to, aby ju poháňal. Znovu skontrolujte hodnotu R1 a uistite sa, že je 100 kOhm. Nakoniec môžete otestovať Q1 a Q2, ale metódy, ako to urobiť, presahujú rámec tohto návodu. Opäť: najpravdepodobnejšie dôvody, prečo sa svetlo nezobrazuje, sú tieto: 1.) vaše LED diódy nie sú správne orientované- skontrolujte orientáciu pomocou multimetra a v prípade potreby ich znova orientujte; 2.) máte niekde vo svojom obvode uvoľnený spájkovací spoj- vezmite spájkovačku a znova spájkujte všetky spoje, ktoré môžu byť uvoľnené; 3.) niekde vo vašom obvode máte prekrížený vodič- skontrolujte, či nie sú všetky vodiče skratované a oddeľte všetky, ktoré sa môžu dotýkať- stačí, aby niekde zlyhal jeden malý voľný medený drôt; 4.) váš R3 má príliš vysokú hodnotu na to, aby umožnil prevádzku LED diód- zvážte jeho výmenu za odpor s nižším odporom alebo mierne skrátte nichrómový drôt; 5.) vášmu prepínaču sa nepodarilo zavrieť test obvodu pomocou multimetra a opraviť ho alebo vymeniť; 6.) predtým ste poškodili LED diódy alebo jednu z ďalších komponentov v diagrame buď: a.) Ak nepoužijete dostatočne veľké odpory (tj. Odpor s dostatočným výkonom- R3 by mal byť najmenej 0,25) wattový odpor) alebo dostatočne veľký chladič pre Q2 alebo pre vaše LED diódy (Q2 aj vaše LED diódy sú rýchlo vystavené potenciálnemu tepelnému poškodeniu, ak nie sú pred zapnutím obvodu pripojené k chladičom), alebo; b.) kríženie drôtov a neúmyselné poškodenie vašich LED diód (to je zvyčajne sprevádzané obláčikom páchnuceho dymu); alebo 7.) používate Q1 alebo Q2, ktoré nie sú správne pre tento obvod. Nie sú známe žiadne iné typy odporov kompatibilných náhrad týchto dvoch komponentov- ak sa pokúsite vytvoriť tento obvod z iných typov tranzistorov, mali by ste očakávať, že obvod nebude fungovať. Prial by som si, aby som mohol odpovedať na technické otázky týkajúce sa konštrukcie obvodov LED a ovládačov, ale ako som už povedal, nie som odborník a väčšina z toho, čo tu vidíte, bola už popísaná v inom návode, ktorý napísal niekto, kto vie o tomto procese viac. než ja. Našťastie je to, čo som vám tu poskytol, prinajmenšom jasnejšie a jasnejšie ako ostatné podobné pokyny dostupné na tomto webe. Veľa štastia!

Ak váš obvod funguje, gratulujeme! Predtým, ako projekt nazvete hotovým, uistite sa, že ste odstránili zvyšky taviva zo spájkovacích spojov trením alkoholom alebo iným vhodným rozpúšťadlom, ako je toluén. Ak je dovolené, aby tok zostal vo vašom obvode, koroduje vaše kolíky, poškodí váš nichrómový drôt (ak ho použijete) a dokonca môže poškodiť vašu LED diódu, ak má dostatok času. Flux je skvelý, ale keď s ním skončíte, musí ísť! Tiež sa uistite, že bez ohľadu na to, ako nastavíte svetlo tak, aby fungovalo, že pri použití alebo presúvaní obvodu nebude žiadna šanca, že by sa niektorý z jeho vodičov náhodne dotkol alebo rozpadol. Ako druh zalievacej hmoty je možné použiť veľkú skupinu horúceho lepidla, ale skutočná zalievacia zmes by bola lepšia. Nechránený obvod, ktorý si zvykne na čokoľvek, je náchylný na zlyhanie, pretože má dostatok času, a spájkovacie spoje niekedy nie sú také stabilné, ako by sme si mysleli. Čím bezpečnejší bude váš konečný okruh, tým lepšie využitie z neho získate!