Modulovaná LED baterka s šírkou impulzu: 8 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:02

Pulznú šírkovú moduláciu (PWM) je možné použiť na zmenu výkonu, rýchlosti alebo jasu mnohých zariadení. S diódami LED je možné PWM použiť na ich stlmenie alebo zvýšenie jasu. Použijem ich na výrobu malej ručnej baterky. LED diódu je možné stlmiť rýchlym zapnutím a vypnutím, niekoľkokrát za sekundu. Zmenou pomeru značkového priestoru sa jas mení. Jednoduchá implementácia systému PWM by boli hodiny napájajúce LED a ochranný odpor k zemi. Hodiny by mali v ideálnom prípade oscilovať na frekvencii 50 Hz, aby ste zaistili, že neuvidíte. kmitanie. Ak to chcete otestovať, môžete buď použiť generátor signálu na poskytnutie štvorcovej vlny, ako je uvedené nižšie, alebo vytvorte obvod, ktorý to urobí za vás.

Krok 1: Relaxačný oscilátor

Tento obvod bude produkovať štvorcovú vlnu s pracovným cyklom 50%. Dva 10K odpory pripojené k vstupu +operačného zosilňovača poskytujú referenčné napätie a R1 a C1 pripojené k vstupnému vstupu vytvárajú časovú konštantu, ktorá riadi frekvenciu, f = 1/{2ln (3) RC}. Kondenzátor C1 sa nabíja a vybíja cez odpor R1 a čas potrebný na tento cyklus je perióda priebehu.

Krok 2: Relaxačný oscilátor

Definovaním frekvencie v kroku 1 môže byť R1 nahradený potenciometrom, RP, s hodnotou 2R1, a dvoma diódami. Táto zmena umožní zmenu pracovného cyklu pri zachovaní konštantnej frekvencie. Na účely všeobecného PWM diód LED nie je potrebná absolútna presnosť frekvencie. Ak existuje požiadavka na presnosť, potom by mal byť zvolený potenciometer čo najbližšie, ale nie viac ako 2R1, a kompenzačný odpor rovný R1-RP/2. Alternatívnym riešením je použiť dva odpory v sérii s dvoma diódami, aby sa dosiahol pevný a vopred definovaný pracovný cyklus.

Krok 3: Relaxačný výstup oscilátora

Hodinový signál môže byť buď priamo pripojený k jednej LED dióde, ale to neumožní ovládanie LED pomocou externého logického zdroja. Namiesto toho môže byť jednoduchšie napájať tento výstup na základňu tranzistora a potom pomocou tranzistora zapnúť a vypnúť LED. Rozdeľovač potenciálu na vstupe tranzistora má znížiť výstup relaxačného oscilátora, pretože v je vypnutý, stále bude produkovať 2v. Toto je potrebné znížiť pod 0,7 V, aby sa nezapol tranzistor, inak LED dióda zostane nepretržite svietiť a variť.

Krok 4: Zvýšenie jasu

Ďalšou užitočnou aplikáciou PWM s LED je, že cez LED môže prechádzať väčší ako normálny prúd, čo ju robí jasnejšou. Normálne by tento prúd zničil LED, ale pretože LED dióda svieti iba zlomok času, priemerný výkon prenášaný LED diódou je v tolerancii. Limit tohto prúdu je definovaný v technickom liste výrobcu pre LED diódu, identifikovaný ako dopredný impulzný prúd. Často existujú aj podrobnosti týkajúce sa minimálnej šírky impulzu a pracovných cyklov. Použitím bielej diódy LED ako príkladu sú uvedené nasledujúce špecifikácie: Prúd vpred = 30 mAPulzový prúd vpred = 150 mA Šírka impulzu = <10 ms Pracovný cyklus = <1: 10 Pomocou informácií o šírke impulzu a pracovnom cykle je možné relaxačný oscilátor prepočítať pomocou T = 2ln (2) RCA Za predpokladu, že sa použije kondenzátor 10nF a pri požiadavke TON = 10 ms a TOFF = 1 ms, je možné vykonať nasledujúce výpočty a potom nakresliť schému zapojenia.

Krok 5: Zvýšenie výkonu

Ďalšou požiadavkou na zvýšenie jasu je zvýšenie prúdu pretekajúceho diódou LED. Toto je relatívne priame. Za predpokladu 5v logického napájania LED a z údajového listu je štandardné napätie LED 3,6v. Ochranný odpor je možné vypočítať odčítaním napätia LED od napájacieho napätia a jeho delením prúdom. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R = 9,3 = 10IJe však pravdepodobné, že zdroj napájania LED nemusí byť schopný poskytnúť dostatočný prúd 100mA, aj keď je to veľmi krátky čas. Môže byť potrebné napájať LED tranzistorom, prípadne riadeným iným tranzistorom v sérii, ktorý je tiež schopný prenášať prúd. V tomto obvode by malo byť použité napájacie napätie operačného zosilňovača, pretože bude aj logické napájanie 5V malý. Na oboch tranzistoroch je pokles o 0,7 V a na LED 3,6 V, čo predstavuje 5 V, a nezanecháva nič pre ochranný odpor. V prípade horáka však môže byť ovládanie umiestnené nad napájaním obvodu. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7 vR = 4,7 / 0,15 R = 31 = 33 R

Krok 6: Konečný obvod

Nasleduje konečná schéma zapojenia. Keď je implementovaný, prepínač bude umiestnený na zdroj napájania a ďalších päť párov LED-rezistorov bude umiestnených paralelne s existujúcim párom.

Krok 7: Testujte obvod

Toto je jediná LED verzia obvodu. Nie je to zvlášť upratané, ale je to prototyp a dodržiava schému zapojenia od kroku 7. Na napájacom zdroji tiež vidíte, že sa odoberá iba 24 mA v porovnaní s 30 mA, ak je dióda LED pripojená normálne. Z tretieho obrázku obsahujúceho dve LED diódy vyplýva, že obe LED diódy majú rovnaký jas. Avšak veľmi rýchlo sa priamo poháňaná LED dióda rýchlo zahreje, čo je dobrým dôvodom pre PWM.

Krok 8: Hotová pochodeň

Prenos obvodu na veroboard je náročný, najmä kondenzácia relaxačného oscilátora, aby sa zmestil do puzdra. Hlavnou vecou, ktorú je potrebné skontrolovať, je, či nie sú žiadne drôty skrížené alebo dostatočne voľné na to, aby sa mohli krížiť. Pridanie ďalších 5 LED diód, spínač v sérii s konektorom batérie a ich umiestnenie do puzdra je priamočiarejšie. Pripojením napájacieho zdroja ku konektoru batérie na testovanie obvodu bol priemerný údaj o prúde približne 85 mA. Toto je výrazne menšie ako 180 mA (6*30 mA), ktoré by vyžadoval systém priameho pohonu. S prenosom obvodu z prepojovacej dosky na veroboard som nešiel do podrobností, pretože som sa zameral skôr na teóriu tohto projektu. než konkrétne je to výroba. Ako všeobecný sprievodca by ste však mali obvod otestovať a začať pracovať na doske, potom komponenty preniesť na veroboard, začínajúc menšími komponentmi. Ak ste kompetentní a rýchli v spájkovaní, možno budete môcť bezpečne spájkovať čip priamo na dosku, inak by ste mali použiť držiak na čipy.