Jednoduchý napájecí LED lineární proudový regulátor, revidovaný a vyjasněný: 3 kroky

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:18

Tento Instructable je v podstatě opakováním Danova lineárního obvodu regulátoru proudu. Jeho verze je samozřejmě velmi dobrá, ale chybí jí něco ve srozumitelnosti. Toto je můj pokus to vyřešit. Pokud rozumíte a dokážete postavit Danovu verzi, moje verze vám pravděpodobně neřekne nic strašně nového. Nicméně …… Při sestavování vlastního regulátoru na základě Danova jsem se stále díval na jeho fotografie součástí a šilhání- který kolík se připojuje ke kterému dalšímu kolíku ?? Souvisí to s tím nebo ne? Je to samozřejmě jednoduchý obvod, ale nejsem elektrotechnik a nechtěl jsem to udělat špatně … Protože špatné, byť jen malé, někdy způsobí, že se věci zastaví. Přidal jsem komponentu: přepínač mezi kladným vodičem stejnosměrného napájecího zdroje a zbytkem obvodu, abych jej mohl zapnout a vypnout. Není důvod to vylučovat a je to velmi užitečné. Tady na začátku bych také měl poznamenat: cokoli "Danova" tvrzení může být v opačném smyslu, tento obvod NENÍ nakonec vhodný pro napájení LED z napájecího zdroje, který je výrazně nad poklesem napětí LED. Zkoušel jsem řídit jedinou modrou LED 3,2 V na 140 mAh (testovaný proud byl ve skutečnosti 133 mAh- velmi blízko) z napájecího zdroje dimenzovaného na 9,5 voltů a konečným výsledkem bylo, že během 60 sekund začala LED blikat a nakonec vypnout … Stalo se to několikrát se stále se snižujícími časovými intervaly mezi zapnutím a selháním. Nyní se vůbec nezapne. Když jsem to řekl, také jsem téměř měsíc řídil jednu RGB vysoce výkonnou LED téměř nepřetržitě pomocí jiného napájecího zdroje, který více odpovídá poklesu napětí LED- takže tento obvod může fungovat, něco, ale ne vždy, určitě ne tak, jak bylo původně slibováno, a může velmi dobře zničit vaši LED diodu napájení po cestě. Hlas zkušeností zde říká, že to bude fungovat, pokud se požadavky vašich LED diod úzce shodují s výkonem ve voltech vycházejícím z vašeho napájecího zdroje. Pokud si všimnete blikání, znamená to, že LED diody hoří a jsou již trvale poškozeny. Trvalo mi šest zničených LED diod, abych na to přišel. „Mnoho Bothanů zemřelo, aby nám přinesli tyto informace…“Dodávky: Zde je Danův seznam dodávek komponent, slovo od slova, ale opravený pro první položku (Dan omylem zadal číslo produktu 10K ohmového odporu, ne 100K ohm- seznam nyní zobrazuje číslo pro správný typ). Také jsem přidal odkazy na zmíněné skutečné produkty:-R1: odpor přibližně 100 kOhm (například: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: odpor nastavený proudem-viz níže Q1: malý tranzistor NPN (například: Fairchild 2N5088BU) Q2: velký N-kanálový FET (například: Fairchild FQP50N06L) LED: výkonová LED (například: Luxeon 1-wattová bílá hvězda LXHL-MWEC)

- Spínací komponenta S1 by měla být dimenzována na napětí stejnosměrného napájecího zdroje, který budete používat. Například spínač 12 V nebude navržen tak, aby zvládl napájení 18 V. Všimněte si, že Q2 je také zaměnitelně nazýván MOSFET, an nMOSFET, NMOS, n-kanálový MOSFET a n-kanálový MOSFET QFET, Q1 se také nazývá bipolární tranzistor NPN nebo NPN BJT. Dan se nezabývá tím, co znamená „přibližně“, ani nevysvětluje, jak daleko se můžete dostat nebo co to ovlivní; ani nevysvětluje „malé“nebo „velké“a účinky, které by mohly mít. Bohužel ani já. Zdá se, že jsme uvízli v dodržování těchto specifických komponent, pokud nezískáme titul z elektrotechniky. Zvláště vzhledem k choulostivosti LED diody se přísné dodržování zdá být jedinou rozumnou možností.

Ohledně R3:

Podle Dana musí hodnota R3 v ohmech souviset s proudem, při kterém si přejete napájet svoji LED (jejichž limity již byly stanoveny výrobcem) tak, aby váš požadovaný proud v ampérech = 0,5/R3. V takové rovnici bude mít větší odpor v R3 za následek menší proud procházející LED diodou. Intuitivně to vede k závěru, že perfektní odpor (tj. Absence jakéhokoli odporu) by znamenal, že LED nebude fungovat (0,5/nekonečno = méně než nula). Ve skutečnosti si nejsem vůbec jistý, že je to pravda, a mé vlastní empirické testy tohoto obvodu naznačují, že tomu tak není. Přesto, pokud budeme postupovat podle Danova plánu, R3 o hodnotě 5 ohmů vytvoří konstantní proud 0,5/5 = 0,1 ampéru nebo 100 miliampérů. Zdá se, že velká část výkonových LED běží kolem 350 mAh, takže pro ně budete muset nastavit hodnotu R3 přibližně na 1,5 ohmu. Pro ty, kteří nejsou s rezistory obeznámeni, mějte na paměti, že 1,5 ohmů můžete stanovit paralelním použitím kombinace různých rezistorů, pokud je váš konečný kombinovaný výsledek s odporem 1,5 ohmu. Pokud například použijete dva odpory, bude vaše hodnota R3 rovna hodnotě rezistoru 1 vynásobené hodnotou rezistoru 2 a součinu děleno celkem R1+R2. Další příklad: 1 rezistor 5 ohmů kombinovaný paralelně s jiným, řekněme 3 ohmy, vám dává (5x3)/(5+3) = 15/8 = 1,875 ohmů, což by pak vedlo k konstantnímu proudu v tomto obvodu 0,5/1,875 = 0,226 ampérů nebo 266 mAh.

Odpory jsou hodnoceny pro různé schopnosti odvádět energii. Malé odpory mohou odvádět méně energie než větší, protože větší odpory nespalují tak rychle, pokud jimi protéká příliš mnoho proudu. V tomto obvodu nemůžete použít povrchový odpor, protože nedokáže zvládnout ztrátový výkon. Rovněž nebudete moci najít odpor, který je „příliš velký“. Větší/ fyzicky větší odpory jsou schopny zvládnout více energie než menší. Získání větších může být dražší a zabere více místa, ale cena je obvykle zanedbatelná (každé rozbité stereo má v sobě sto rezistorů s obrovským výkonem) a rozdíl v prostoru je řádově v kubických milimetrech, takže klidně chybujte na straně opatrnosti a použijte největší odpory vhodného odporu, které můžete najít. Můžete vybrat příliš malý, ale není možné vybrat příliš velký.

Všimněte si, že pokud máte náhodou po ruce nějaký nichromový vysoce odporový drát, pravděpodobně jej můžete zkrátit na délku, která bude odpovídat vašim požadavkům na odpor, aniž byste museli futzovat s více odpory. K otestování skutečné hodnoty odporu budete potřebovat ohmmetr a mějte na paměti, že mezi dvěma vodiči vašeho ohmmetru je pravděpodobně určitý stupeň odporu (možná až 1 ohm): nejprve to vyzkoušejte dotkněte se jich a podívejte se, co zařízení čte, pak to vezměte v úvahu, když určíte, kolik nichromového drátu budete používat (pokud zjistíte odpor 0,5 ohmu, když se dotknete vodičů ohmmetru společně a budete muset ukončit až řekněme 1,5 ohmu odporu na jejich nichromovém vodiči, pak potřebujete ten drát, aby vám „změřil“2,0 ohmy odporu na ohmmetru).

Alternativně existuje také způsob, jak použít trochu nichromového drátu k dokončení tohoto obvodu i pro LED, jehož jmenovitý proud neznáte! Jakmile je váš obvod dokončen, ale chybí R3, použijte délku nichromového drátu, která je rozhodně delší, než je požadovaný odpor, alespoň o palec nebo dva (čím silnější je tento vodič, tím delší kus budete potřebovat. Poté zapněte obvod- nic se nestane. Nyní připojte elektrickou vrtačku do středu U nichromového drátu tak, aby se vrtačka při kroucení začala omotávat kolem vrtáku. POMALU zapněte vrtačku. Pokud všechny ostatní části zapojíte správně, LED se brzy velmi slabě rozsvítí a začne se rozjasňovat s tím, jak se drát zkracuje! Zastavte, když je světlo jasné- pokud je vodič příliš krátký, LED zhasne. Není Je však nutné snadno posoudit, kdy byl tento okamžik dosažen, takže s touto technikou využijete své šance.

Pokud jde o chladiče: Dan také zmiňuje možný význam chladičů pro tento projekt a potřebu externího napájení stejnosměrným proudem mezi 4 a 18 volty (zjevně zesilovače na tomto napájecím zdroji nevadí, i když to pro určitý). Provozujete -li LED diodu napájení, budete potřebovat nějaký druh chladiče, který je k ní připojen, a pravděpodobně ji budete potřebovat nad rámec jednoduché „hvězdičky“z netopýřího hliníku opatřené mnoha LED diodami Luxeon. Chladič pro Q2 budete potřebovat pouze tehdy, pokud ve svém obvodu používáte více než 200 mAh energie a/ nebo je rozdíl napětí mezi zdrojem stejnosměrného napájení a kombinovaným „poklesem“vašich LED diod „velký“(pokud rozdíl je více než 2 volty, určitě bych použil chladič). Nejúčinnější použití jakéhokoli chladiče také vyžaduje použití malého množství tepelného maziva (Arctic Silver je považován za špičkový výrobek): chladič i tělo MOSFET/ LED očistěte alkoholem, jemně rozetřete rovnoměrná, TENKÁ vrstva tepelného tuku na každém povrchu (pro absolutně nejhladší, nejrovnoměrnější a nejtenčí výsledky používám čepel nože X-acto), poté povrchy přitiskněte k sobě a zajistěte pomocí jednoho nebo více šroubů na příslušném místě. Alternativně existuje několik druhů tepelných pásek, které také budou sloužit ke stejnému účelu. Zde je několik vhodných možností pro chladič a napájecí zdroj pro typické nastavení s jednou LED (pamatujte, možná budete potřebovat DVA chladiče- jeden pro LED a jeden pro MOSFET- v mnoha nastaveních): Chladič Napájení

Ohledně napájecích zdrojů: Rychlá poznámka ohledně napájecích zdrojů: prakticky všechny napájecí zdroje uvádějí někde na svém obalu, kolik voltů budou mít a jaké zesilovače mohou dodat. Počet voltů je však téměř všeobecně podhodnocen a prakticky všechny napájecí zdroje skutečně dodávají určité množství napětí vyšší, než je uvedeno na jejich obalu. Z tohoto důvodu bude důležité otestovat jakýkoli daný napájecí zdroj, který tvrdí, že dodává volty blízko horního konce našeho spektra (tj. Blízko 18 voltů), aby se ujistil, že ve skutečnosti nedodává příliš mnoho energie (25 voltů by pravděpodobně překročit konstrukční omezení našeho obvodu). Naštěstí kvůli povaze obvodu nebude toto nadhodnocení napětí obvykle problémem, protože obvod zvládá široký rozsah napětí bez poškození LED diod.

Krok 1: Vytvořte chladič (y)

Pokud budete pro svůj Q2 potřebovat chladič, možná budete muset do tohoto chladiče vyvrtat otvor, abyste mohli skrz velký otvor v těle MOSFETu provrtat šroub. Přesný šroub není potřeba, pokud je váš šroub schopen projít otvorem MOSFET, hlava šroubu je větší (pouze mírně) než tento otvor a průměr otvoru, který vytvoříte v chladiči, je není o moc menší než průměr válce šroubu. Obecně platí, že pokud použijete vrták, jehož průměr je blízký, ale o něco menší než průměr válce vašeho šroubu, nebudete mít potíže s připojením MOSFETu k chladiči. Závity na většině ocelových šroubů jsou dostatečně silné, aby se mohly zařezat do chladiče (za předpokladu, že je to hliník nebo měď), a tím „vytvořit“potřebný závitový otvor. Vrtání do hliníku by mělo být provedeno několika kapkami velmi tenkého strojního oleje na špičce bitu (například 3-v-jednom nebo oleji do šicího stroje) a vrták přitlačit jemným pevným tlakem přibližně 600 ot / min a 115 točivý moment v librách (tato vrtačka Black & Decker nebo něco podobného bude fungovat dobře). Buďte opatrní: bude to velmi malá, mělká díra a váš velmi tenký vrták se může zlomit, pokud na něj budete příliš dlouho tlačit! Dobře si všimněte: „tělo“Q2 je elektricky připojeno ke kolíku „zdroje“Q2- pokud se něco ve vašem obvodu dotkne tohoto chladiče jiného než těla MOSFET, můžete vytvořit elektrický zkrat, který by mohl vyfouknout vaši LED. Zvažte pokrytí strany chladiče směřující k vašim vodičům vrstvou elektrické pásky, abyste tomu zabránili (ale neuzavírejte chladič ničím víc, než je nutné, protože jeho účelem je přenášet teplo z MOSFET do okolní vzduch- elektrická páska je izolátor, nikoli vodič tepelné energie).

Krok 2: Okruh

Zde je to, co musíte udělat pro vytvoření tohoto okruhu:

* Pájecí kladný vodič napájecího zdroje připájejte k kladnému uzlu LED diody. Rovněž připájejte jeden konec rezistoru 100K do stejného bodu (kladný uzel na LED).

* Druhý konec tohoto rezistoru připájejte ke kolíku GATE na MOSFETU a ke kolíku COLLECTOR menšího tranzistoru. Pokud jste slepili dva tranzistory dohromady a kovová strana MOSFETU směřovala od vás a všech šest tranzistorových kolíků směřovalo dolů, jsou GATE pin a COLLECTOR pin PRVNÍ DVĚ PINY těchto tranzistorů- jinými slovy, spojte dva kolíky tranzistorů úplně vlevo a připájejte je k nepřipojenému konci rezistoru 100K.

* Připojte střední pin MOSFETu, pin DRAIN, k zápornému uzlu LED pomocí drátu. K LED nebude připojeno nic dalšího.

* Připojte pin BASE malého tranzistoru (tj. Střední pin) ke kolíku SOURCE na MOSFETu (což je jeho kolík zcela vpravo).

* Připojte vývod EMITTER (kolík zcela vpravo) menšího tranzistoru k zápornému vodiči napájecího zdroje.

* Připojte stejný kolík na jeden konec R3, váš rezistor (y) podle vašich požadavků na LED.

* Připojte DALŠÍ konec tohoto rezistoru k dříve zmíněnému pinu BASE/ SOURCE obou tranzistorů.

Shrnutí: to vše znamená, že k sobě připojujete střední a krajní kolíky malého tranzistoru prostřednictvím odporu R3 a dva tranzistory k sobě připojujete dvakrát přímo (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) a ještě jednou nepřímo přes R3 (EMITTER to SOURCE). Prostřední pin MOSFETU, DRAIN, nemá co dělat, kromě připojení k zápornému uzlu vaší LED. LED se připojí k vašemu napájecímu vodiči a na jeden konec R1, odpor 100K (druhý uzel LED je připojen ke kolíku DRAIN, jak bylo právě zmíněno). Kolík EMITTER se připojuje přímo k zápornému vodiči vašeho napájecího zdroje a poté se smyčkou vrací zpět na sebe (na svůj vlastní BASE pin) a na MOSFET potřetí a naposledy přes odpor R3, který se také připojuje přímo na záporný vodič napájení. MOSFET se nikdy nepřipojuje přímo k záporným ani kladným vodičům napájecího zdroje, ale připojuje se k oběma prostřednictvím každého ze dvou odporů! Mezi třetím kolíkem malého tranzistoru, jeho EMITTEREM a záporným vodičem napájecího zdroje není žádný odpor- připojuje se přímo. Na druhém konci instalace se příchozí napájecí zdroj připojuje přímo k LED, přestože může být čerpáno příliš mnoho energie (nejprve), aby se tato LED nespálila: dodatečné napětí, které by způsobilo toto poškození, je směrováno zpět přes 100K odpor a přes naše tranzistory, které to udrží pod kontrolou.

Krok 3: Zapněte jej: Řešení potíží, je -li to nutné

Jakmile jsou chladiče připojeny a vaše pájecí spoje jsou pevné a jste si jisti, že vaše LED diody jsou správně orientovány a připojili jste správné vodiče ke správným vodičům, je čas zapojit DC napájení a přepněte vypínač! V tomto okamžiku se pravděpodobně stane jedna ze tří věcí: LED diody se rozsvítí podle očekávání, LED diody krátce jasně zablikají a poté ztmavnou, nebo se nestane vůbec nic. Pokud získáte první z těchto výsledků, gratulujeme! Nyní máte funkční obvod! Ať vám to vydrží hodně dlouho. Pokud získáte výsledek č. 2, pak jste právě vyhodili své LED diody a budete muset začít znovu s úplně novými (a budete muset znovu vyhodnotit svůj obvod a zjistit, kde jste udělali chybu, pravděpodobně buď připojením nesprávný vodič nebo nechat křížit 2 dráty, které byste neměli mít). Pokud získáte výsledek č. 3, pak je ve vašem obvodu něco v nepořádku. Vypněte jej, odpojte stejnosměrné napájení a procházejte obvod po zapojení, ujistěte se, že připojujete každý vodič správně a že vaše diody LED jsou v obvodu správně orientovány. Zvažte také dvojitou kontrolu známé miliampérové hodnoty vašich LED diod a ujistěte se, že hodnota, kterou jste vybrali a používáte pro R3, poskytne dostatek proudu k jejímu pohonu. Znovu zkontrolujte hodnotu R1 a ujistěte se, že je 100k ohmů. Nakonec můžete otestovat Q1 a Q2, ale metody, jak toho dosáhnout, přesahují rámec tohoto Instructable. Opět: nejpravděpodobnějšími důvody, proč se neobjevuje světlo, jsou tyto: 1.) vaše LED diody nejsou správně orientovány- zkontrolujte orientaci pomocí multimetru a v případě potřeby přeorientujte; 2.) máte někde ve svém obvodu uvolněný pájecí spoj- vezměte páječku a pájejte všechna spojení, která by mohla být uvolněná; 3.) máte někde v obvodu zkřížený vodič- zkontrolujte všechny vodiče, zda nejsou zkratované, a oddělte všechny, které by se mohly dotýkat- stačí jen jeden malý volný měděný vodič, aby obvod selhal; 4.) vaše R3 má příliš vysokou hodnotu, aby mohla fungovat LED dioda- zvažte její výměnu za odpor s nižším odporem nebo mírně zkrátte nichromový vodič; 5.) vašemu přepínači se nedaří zavřít test obvodu pomocí multimetru a opravit nebo vyměnit jej; 6.) dříve jste poškodili LED (diody) nebo jednu z dalších komponent v diagramu buď: a.) Nepoužitím dostatečně velkých rezistorů (tj. Rezistor s dostatečným výkonem- R3 by měl být alespoň 0,25) wattový odpor) nebo dostatečně velký chladič pro Q2 nebo pro vaše LED diody (jak Q2, tak vaše LED diody jsou rychle vystaveny potenciálnímu tepelnému poškození, pokud nejsou připojeny k chladičům před zapnutím obvodu), nebo; b.) překřížení vodičů a nechtěné poškození vašich LED diod (to je obvykle doprovázeno obláčky páchnoucího kouře); nebo 7.) používáte Q1 nebo Q2, které nejsou pro tento obvod správné. Nejsou známy žádné jiné typy rezistorů kompatibilní náhrada těchto dvou komponent- pokud se pokusíte vytvořit tento obvod z jiných typů tranzistorů, měli byste očekávat, že obvod nebude fungovat. Přál bych si, abych mohl odpovědět na technické otázky týkající se konstrukce obvodů LED a ovladačů, ale jak jsem již řekl, nejsem odborník a většina toho, co zde vidíte, byla již zahrnuta v jiném Instructable napsaném někým, kdo ví o tomto procesu více než já. Naštěstí je to, co jsem vám zde dal, přinejmenším jasnější a jasnější než jiné podobné instruktáže dostupné na tomto webu. Hodně štěstí!

Pokud váš obvod funguje, gratulujeme! Než projekt označíte za hotový, ujistěte se, že odstraníte veškerý zbývající tavidlo z vašich pájecích spojů třecím alkoholem nebo jiným vhodným rozpouštědlem, jako je toluen. Pokud tok dovolí zůstat ve vašem obvodu, zkoroduje vaše kolíky, poškodí váš nichromový vodič (pokud ho používáte) a může dokonce poškodit vaši LED diodu, která má dostatek času. Flux je skvělý, ale když s ním skončíte, musí jít! Také se ujistěte, že jakkoli nastavíte světlo tak, aby fungovalo, že nebude žádná šance, že se některý z jeho vodičů náhodně dotkne nebo se rozpadne, když je obvod používán nebo se pohybuje. Velký druh horkého lepidla lze použít jako druh zalévací hmoty, ale skutečná zalévací hmota by byla lepší. Nechráněný obvod, který si zvykne na cokoli, je náchylný k selhání, má -li dostatek času, a pájecí spoje někdy nejsou tak stabilní, jak bychom si mysleli. Čím bezpečnější bude váš konečný okruh, tím větší využití z něj získáte!