Modulovaná LED svítilna s pulzní šířkou: 8 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:25

Modulaci šířky pulsu (PWM) lze použít ke změně výkonu, rychlosti nebo jasu mnoha zařízení. S LED diodami lze PWM použít k jejich ztlumení nebo zesvětlení. Použiji je k výrobě malé ruční svítilny. LED lze ztlumit rychlým zapínáním a vypínáním, několikrát za sekundu. Změnou poměru značkovacího prostoru se mění jas. Jednoduchou implementací systému PWM by byly hodiny napájející LED a ochranný odpor k zemi. Hodiny by měly ideálně oscilovat na frekvenci 50 Hz, aby bylo zajištěno, že neuvidíte oscilace. Chcete -li to vyzkoušet, můžete buď použít generátor signálu k poskytnutí čtvercové vlny, jak je uvedeno níže, nebo vytvořit obvod, který to udělá za vás.

Krok 1: Relaxační oscilátor

Tento obvod vytvoří čtvercovou vlnu s pracovním cyklem 50%. Dva 10K odpory připojené ke vstupu +operačního zesilovače poskytují referenční napětí a R1 a C1, připojené k -vstupu, vytvářejí časovou konstantu, která řídí frekvenci, f = 1/{2ln (3) RC}. Kondenzátor C1 se nabíjí a vybíjí přes odpor R1 a doba, za kterou tento cyklus nastane, je perioda průběhu.

Krok 2: Relaxační oscilátor

Definováním frekvence v kroku 1 lze R1 nahradit potenciometrem, RP, s hodnotou 2R1, a dvěma diodami. Tato změna umožní měnit pracovní cyklus při zachování konstantní frekvence. Pro účely obecného PWM LED není potřeba s frekvencí absolutní přesnost. Pokud existuje požadavek na přesnost, měl by být zvolený potenciometr co nejblíže, ale ne více než 2R1, a kompenzační odpor rovný R1-RP/2. Alternativním řešením je použít dva odpory v sérii se dvěma diodami, aby poskytl pevný a předem definovaný pracovní cyklus.

Krok 3: Relaxační výstup oscilátoru

Hodinový signál může být buď přímo připojen k jedné LED, ale to nedovolí LED ovládat externím logickým zdrojem. Místo toho může být snazší přivést tento výstup na základnu tranzistoru a poté pomocí tranzistoru zapnout a vypnout LED. Dělič potenciálu na vstupu tranzistoru má snížit výstup relaxačního oscilátoru, protože v je vypnutý, bude stále vysílat 2v. To je třeba snížit pod 0,7 V, aby nedošlo k zapnutí tranzistoru, jinak LED zůstane trvale svítit a vařit.

Krok 4: Zvýšení jasu

Další užitečnou aplikací PWM s LED je, že LED může procházet větším než normálním proudem, což je jasnější. Normálně by tento proud zničil LED, ale protože LED svítí jen zlomek času, průměrný výkon procházející LED je v toleranci. Mez tohoto proudu je definována v datovém listu výrobce pro LED, identifikovaný jako dopředný pulzní proud. Často také existují podrobnosti týkající se minimální šířky pulsu a pracovních cyklů. Při použití bílé LED jako příkladu jsou následující specifikace uvedeny jako: Dopředný proud = 30 mAPulzní dopředný proud = 150 mA Šířka pulsu = <10 ms Pracovní cyklus = <1: 10 Pomocí informací o šířce pulsu a pracovním cyklu lze relaxační oscilátor přepočítat pomocí T = 2ln (2) RCA Za předpokladu, že je použit kondenzátor 10nF a chce TON = 10ms a TOFF = 1ms, lze provést následující výpočty a poté nakreslit schéma zapojení.

Krok 5: Zvýšení výkonu

Dalším požadavkem na zvýšení jasu je zvýšení proudu protékajícího LED diodou. To je relativně přímočaré. Za předpokladu logického napájení 5v pro LED a z datového listu je standardní napětí LED 3,6v. Ochranný odpor lze vypočítat odečtením napětí LED od napájecího napětí a poté jeho dělením proudem. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R = 9,3 = 10 Je však pravděpodobné, že zdroj napájení LED nemusí být schopen poskytnout dostatečný proud 100 mA, i když je to velmi krátkou dobu. Může být nutné napájet LED tranzistorem, případně ovládaným jiným tranzistorem v sérii, který je také schopen přenášet proud. V tomto obvodu by mělo být použito napájecí napětí operačního zesilovače, protože bude také 5v logické napájení malý. Na obou tranzistorech je pokles o 0,7 V a na LED 3,6 V, celkem 5 V, a nezůstává nic pro ochranný odpor. U hořáku však může být ovládání umístěno přes napájení obvodu. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Krok 6: Konečný obvod

Níže je konečné schéma zapojení. Když je implementován, přepínač bude umístěn na napájecí zdroj a dalších pět párů LED-rezistorů bude umístěno paralelně se stávajícím párem.

Krok 7: Testujte obvod

Toto je jediná LED verze obvodu. Není nijak zvlášť uklizené, ale je to prototyp a následuje schéma zapojení od kroku 7. Z napájecího zdroje můžete také vidět, že se odebírá pouze 24 mA, ve srovnání s 30 mA, pokud byla LED připojena normálně. Z třetího obrázku obsahujícího dvě LED diody vyplývá, že obě LED diody mají stejný jas. Nicméně velmi rychle se LED s přímým pohonem rychle zahřeje, což je dobrým důvodem pro PWM.

Krok 8: Hotová pochodeň

Přenos obvodu na veroboard je náročný, zejména kondenzace relaxačního oscilátoru, aby se vešel do pouzdra. Hlavní věcí, kterou je třeba zkontrolovat, je, zda nejsou překříženy žádné dráty nebo zda jsou dostatečně volné, aby se mohly křížit. Přidání dalších 5 LED diod, přepínač v sérii s konektorem baterie a jejich umístění do pouzdra je přímočařejší. Připojením napájecího zdroje ke konektoru baterie za účelem testování obvodu byl průměrný odečet proudu přibližně 85 mA. To je výrazně menší než 180 mA (6*30 mA), které by vyžadoval systém přímého pohonu. Nešel jsem do velkých podrobností s přenosem obvodu z prkénka na veroboard, protože jsem se zaměřil spíše na teorii tohoto projektu než konkrétně jde o výrobu. Jako obecný průvodce byste však měli obvod vyzkoušet a nechat jej pracovat na prkénku, poté komponenty přenést na veroboard, počínaje menšími součástmi. Pokud jste kompetentní a rychlí v pájení, možná budete schopni bezpečně pájet čip přímo na desku, jinak byste měli použít držák čipu.