Regulador de corrent lineal LED d'alimentació simple, revisat i clarificat: 3 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Aquesta instrucció és essencialment una repetició del circuit regulador de corrent lineal de Dan. La seva versió és molt bona, per descomptat, però li falta una mica de claredat. Aquest és el meu intent de solucionar-ho. Si enteneu i podeu crear la versió de Dan, probablement la meva versió no us dirà res terriblement nou. Tanmateix … … Mentre muntava el meu propi regulador basat en el de Dan, seguia mirant les seves fotografies dels components i escrivint els ulls, quin pin connecta a quin altre pin ?? Està relacionat amb això o no? És un circuit senzill, és clar, però no sóc enginyer elèctric i no volia equivocar-me … Perquè equivocar-se, fins i tot una mica, de vegades fa que les coses s’immolin. He afegit un component: un commutador entre el cable positiu de la font d'alimentació de CC i la resta del circuit perquè pugui activar-lo i apagar-lo. No hi ha cap raó per excloure-ho, i és molt útil. També he de tenir en compte aquí al principi: qualsevol que sigui la afirmació de "Dan" que sigui al contrari, aquest circuit no és en última instància adequat per conduir un LED des d'una font d'alimentació que està significativament per sobre de la caiguda de tensió del LED. He provat de conduir un sol LED blau de 3,2V a 140 mAh (el corrent provat era de 133 mAh, molt a prop) d’una font d’alimentació de 9,5 volts i el resultat final va ser que en 60 segons el LED va començar a parpellejar apaga … Ho ha fet diverses vegades amb períodes de temps cada cop més baixos entre l'activació i la fallada. Ara no s’encendrà gens. Dit això, també he conduït un sol LED d’alta potència RGB gairebé de forma contínua durant un mes, utilitzant una font d’alimentació diferent que s’adapta més a la caiguda de tensió del LED, de manera que aquest circuit pot funcionar, però no sempre, certament. no és el que es va prometre originalment i pot arruïnar el LED d’alimentació en el camí. La veu de l'experiència aquí diu que funcionarà sempre que les demandes dels vostres LED coincideixin amb la potència en volts que prové de la vostra font d'alimentació. Si observeu parpelleig, això vol dir que els LED s'estan cremant i ja estan danyats permanentment. M’han costat sis LED d’alimentació destruïts per esbrinar-ho. "Molts bothans van morir per portar-nos aquesta informació …" Subministraments: aquí teniu la llista de components de subministrament de Dan, paraula per paraula, però corregida per al primer element (Dan havia donat per error el número de producte d'una resistència de 10K ohmis, no de 100K ohmis). ara la llista mostra un número per al tipus correcte). També he afegit enllaços als productes reals esmentats: - R1: resistència aproximada de 100k-ohm (com ara: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: resistència de corrent actual - vegeu a continuació Q1: transistor NPN petit (com ara: Fairchild 2N5088BU) Q2: FET de canal N gran (com ara: Fairchild FQP50N06L) LED: LED d’alimentació (com ara: estrella blanca Luxeon 1 watt LXHL-MWEC)

- El component de l’interruptor, S1, s’ha d’assignar a la tensió de la font d’alimentació de CC que utilitzeu. Un commutador de 12V, per exemple, no es dissenyarà per manejar 18V de potència. Tingueu en compte que Q2 també s’anomena MOSFET, nMOSFET, NMOS, MOSFET de canal n i MOSFET QFET de canal n de manera indistinta, Q1 també s’anomena transistor de connexió bipolar NPN o NPN BJT. Dan no entra en allò que significa "aproximadament" ni explica fins a quin punt es pot arribar ni a què afectarà això; tampoc explica "petit" o "gran" i els efectes que podrien tenir. Lamentablement, tampoc puc. Sembla que estiguem adherits a aquests components específics tret que obtinguem una llicenciatura en enginyeria elèctrica. Especialment tenint en compte la delicadesa del LED implicat, l’adhesió estricta sembla l’única opció raonable.

Pel que fa a R3:

Segons Dan, el valor de R3 en ohms ha d’estar relacionat amb el corrent al qual voleu conduir el vostre LED (els límits del qual haurà estat establert pel fabricant) de manera que el vostre corrent desitjat en amperes = 0,5 / R3. En aquesta equació, una major resistència a R3 provocarà que es condueixi menys corrent a través del LED. Intuïtivament, això condueix a la conclusió que una resistència perfecta (és a dir, l’absència de resistència) significaria que el LED no funcionaria (0,5 / infinit = inferior a zero). De fet, no estic gens segur que això sigui cert, però les meves proves empíriques d’aquest circuit indiquen que no és així. No obstant això, si procedim segons el pla de Dan, un R3 de 5 ohms produirà un corrent constant de 0,5 / 5 = 0,1 amperes o 100 miliamperis. Una gran proporció de LEDs de potència sembla que funcionen al voltant de 350 mAh, de manera que per a aquests haureu d’establir un valor R3 d’uns 1,5 ohms. Per a aquells que no estiguin familiaritzats amb les resistències, tingueu en compte que podeu establir 1,5 ohms utilitzant una combinació de diferents resistències en paral·lel, sempre que el resultat final combinat sigui de 1,5 ohm de resistència. Si utilitzeu dues resistències, per exemple, el vostre valor R3 serà igual al valor de la resistència 1 multiplicat pel valor de la resistència 2 i el producte dividit pel total de R1 + R2. Un altre exemple: 1 resistència de 5 ohms combinada en paral·lel amb una altra de, per exemple, 3 ohms, us dóna (5x3) / (5 + 3) = 15/8 = 1.875 ohms que donaria lloc a un corrent constant en aquest circuit de 0,5 / 1,875 = 0,226 amperes o 266 mAh.

Les resistències tenen una capacitat de dissipació de potència diferent. Els resistors petits poden dissipar menys potència que els més grans, perquè els més grans no incineraran tan ràpidament si hi passa massa corrent. No podeu utilitzar una resistència muntada a la superfície en aquest circuit perquè no pot gestionar la dissipació de potència. A més, no podreu trobar una resistència "massa gran". Les resistències més grans / físicament més grans només poden manejar més potència que les petites. Els més grans poden costar més d’obtenir i ocuparan més espai, però el cost sol ser insignificant (cada equip estèreo trencat té un centenar de resistències amb una potència enorme) i la diferència d’espai és de l’ordre de mil·límetres cúbics, de manera que no dubteu a equivocar-vos amb la precaució i utilitzeu les resistències més grans de resistència adequada que pugueu trobar. Podeu seleccionar-ne un de massa petit, però és impossible seleccionar-ne un de massa gran.

Tingueu en compte que si teniu a la mà algun cable d'alta resistència al nichrome, probablement pugueu tallar-lo a una longitud que correspondrà a les vostres necessitats de resistència sense necessitat de disposar de múltiples resistències. Necessiteu un mesurador d’ohm per comprovar el valor de resistència real i tingueu en compte que probablement hi hagi un cert grau de resistència (potser fins a 1 ohm) entre els dos cables del vostre mesurador d’ohm: proveu-ho primer per tocant-los junts i veient el que llegeix el dispositiu, tingueu en compte això quan determini la quantitat de filferro de nigrom que utilitzarà (si detecteu 0,5 ohms de resistència quan toqueu els cables del vostre mesurador Ohm i heu d'acabar) fins i tot amb, per exemple, 1,5 ohms de resistència al vostre fil de nichrome, aleshores necessiteu aquest fil per "mesurar" 2,0 ohms de resistència per al vostre comptador Ohm).

Com a alternativa, també hi ha una manera d’utilitzar una mica de fil de nichrome per completar aquest circuit, fins i tot per a un LED del qual no coneixeu el corrent nominal. Quan el circuit estigui complet però que no tingui R3, utilitzeu una longitud de fil de nichrome que sigui definitivament més gran que la quantitat de resistència que necessiteu almenys una polzada o dues (com més gruixut sigui aquest fil, més llarg serà el tros que necessiteu. A continuació, activeu el circuit, no passarà res. Ara poseu un trepant elèctric al centre de la U del fil de níquel de manera que, a mesura que es torça el trepant, començarà a embolicar el fil al voltant d’una broca. Enceneu-lo lentament. Si totes les altres parts del circuit estan connectats correctament, el LED aviat s’encendrà molt dèbilment i es farà més brillant a mesura que el cable s’escurça. Atureu-vos quan la llum sigui brillant, si el cable es queda curt, el LED es cremarà. No és Tanmateix, és necessàriament fàcil de jutjar quan s'ha arribat a aquest moment, de manera que podreu arriscar-vos amb aquesta tècnica.

Pel que fa als dissipadors de calor: Dan també esmenta la possible importància dels dissipadors de calor per a aquest projecte i la necessitat d’una font d’alimentació de corrent continu externa d’entre 4 i 18 volts (aparentment els amplificadors no importen per a aquesta font d’alimentació, tot i que no ho sé per cert). Si utilitzeu un LED d’alimentació, necessitareu algun tipus de dissipador de calor que hi estigui connectat i probablement en necessiteu un fora de l’abast de la senzilla “estrella” d’alumini que proveeix de molts LED Luxeon. Només necessitareu un dissipador de calor per a la Q2 si utilitzeu més de 200 mAh d’alimentació a través del circuit i / o la diferència de tensió entre la vostra font d’alimentació de CC i la "caiguda" de tensió combinada dels vostres LED és "gran" (si la diferència és superior a 2 volts, estaria segur d’utilitzar un dissipador de calor). L’ús més eficient de qualsevol dissipador de calor també requereix l’ús d’una petita quantitat de greix tèrmic (Arctic Silver es considera un producte de gamma alta): netejar tant el dissipador de calor com el cos del MOSFET / LED amb alcohol, fins i tot, capa FINA de greix tèrmic sobre cada superfície (m'agrada utilitzar una fulla de ganivet X-acto per obtenir els resultats més suaus, uniformes i prims), després premeu les superfícies juntes i assegureu-les amb un o més cargols al lloc adequat. Com a alternativa, hi ha diversos tipus de cintes tèrmiques que també serviran per a aquest mateix propòsit. Aquí teniu algunes opcions adequades per a un dissipador de calor i font d'alimentació per a una configuració típica d'un sol LED (recordeu, és possible que necessiteu DOS dissipadors de calor, un per al LED i un per al MOSFET, en moltes configuracions): Dissipador de calor

Quant a les fonts d'alimentació: Nota ràpida pel que fa a les fonts d'alimentació: pràcticament totes les fonts d'alimentació indiquen en algun lloc del seu embalatge quants volts i amplificadors poden subministrar. No obstant això, el nombre de volts és gairebé subestimat i pràcticament totes les fonts d'alimentació realment proporcionen una quantitat de tensió superior a la que s'indica al seu embalatge. Per aquest motiu, serà important provar qualsevol font d'alimentació que afirma subministrar volts prop de l'extrem superior del nostre espectre (és a dir, prop de 18 volts) per assegurar-se que realment no proporciona massa energia (probablement 25 volts superen les limitacions de disseny del nostre circuit). Afortunadament, a causa de la naturalesa del circuit, aquesta sobreestimació de la tensió no sol ser un problema, ja que el circuit pot gestionar una àmplia gamma de tensions sense danyar el LED (s).

Pas 1: creeu els dissipadors de calor

Si necessiteu un dissipador de calor per a la vostra Q2, és possible que hàgiu de foradar un dissipador de calor per fer passar un cargol pel forat gran del cos del MOSFET. No cal un cargol exacte sempre que el cargol pugui cabre a través del forat MOSFET, el cap del cargol és més gran (només lleugerament) que aquest forat i el diàmetre del forat que creeu al dissipador de calor és no gaire inferior al diàmetre del cilindre del cargol. En general, si utilitzeu una broca el diàmetre de la qual és proper però lleugerament inferior al diàmetre del cilindre del cargol, no tindreu cap dificultat per fixar el MOSFET al dissipador de calor. Els fils de la majoria de cargols d'acer són prou forts com per tallar-los en un dissipador de calor (sempre que sigui d'alumini o coure) i "crear" el forat roscat necessari. La perforació d’alumini s’ha de fer amb unes gotes d’oli molt prim de la màquina a la punta de la broca (com ara 3-en-un o un oli per a màquines de cosir) i el trepant pressionat cap avall amb una pressió ferma suau a uns 600 rpm i 115 lliures de parell (aquest trepant Black & Decker o alguna cosa similar funcionarà bé). Vés amb compte: serà un forat molt petit i poc profund i la broca molt fina es pot trencar si se li aplica massa pressió durant massa temps. Tingueu en compte que el "cos" de Q2 està connectat elèctricament al pin "font" de Q2; si alguna cosa del vostre circuit toca aquest dissipador de calor que no sigui el cos del MOSFET, podeu crear un curtcircuit elèctric que us pugui fer saltar el LED. Penseu en la possibilitat de cobrir el lateral del dissipador de calor cap als vostres cables amb una capa de cinta elèctrica per evitar que això passi (però no embolcalleu el dissipador de calor amb res més del necessari, ja que el seu propòsit és moure la calor del MOSFET al aire circumdant: la cinta elèctrica és un aïllant, no un conductor, d’energia tèrmica).

Pas 2: el circuit

Això és el que heu de fer per crear aquest circuit:

* Soldeu el cable positiu de la font d'alimentació al node positiu del LED. També soldeu un extrem de la resistència de 100K fins al mateix punt (el node positiu del LED).

* Soldeu l'altre extrem d'aquesta resistència al pin GATE del MOSFET i al pin COLLECTOR del transistor més petit. Si haguéssiu enganxat els dos transistors i si teníeu el costat metàl·lic del MOSFET orientat cap amunt amb els sis passadors del transistor apuntant cap avall, el passador GATE i el pin COLLECTOR són els PRIMERS DOS PINS d’aquests transistors, és a dir,, soldeu els dos pins més a l'esquerra dels transistors junts i soldeu-los fins a l'extrem lliure de la resistència de 100K.

* Connecteu el pin mig del MOSFET, el pin DRAIN, al node negatiu del LED amb un cable. No s’adjuntarà res més al LED.

* Connecteu el pin BASE del transistor petit (és a dir, el pin central) al pin SOURCE del MOSFET (que és el pin més a la dreta).

* Connecteu el pin EMITTER (el pin més dret) del transistor més petit al cable negatiu de la vostra font d'alimentació.

* Connecteu el mateix pin a un extrem de R3, les resistències que trieu per a les necessitats del vostre LED.

* Connecteu l’ALTRE extrem d’aquesta resistència al pin BASE / SOURCE esmentat anteriorment dels dos transistors.

Resum: tot això significa que esteu connectant els passadors mitjans i extrems de la dreta del transistor entre si mitjançant la resistència R3 i connecteu els transistors dos cops directament directament (GATE a COLLECTOR, SOURCE to BASE) i de nou indirectament a través de R3 (EMISSOR a FONT). El passador central del MOSFET, el DRAIN, no té res a veure a part de connectar-se al node negatiu del vostre LED. El LED es connecta al cable d’alimentació d’entrada i a un extrem de R1, la resistència 100K (l’altre node del LED està connectat al pin DRAIN, com s’acaba d’esmentar). El pin EMITTER es connecta directament al cable negatiu de la vostra font d’alimentació i, després, torna a bucles sobre ell mateix (al seu pin BASE) i al MOSFET per tercera i última vegada mitjançant la resistència R3 que també es connecta directament al cable negatiu de la font d'alimentació. El MOSFET mai es connecta directament als cables negatius o positius de la font d'alimentació, però sí que es connecta als dos d'ells a través de cadascuna de les dues resistències. No hi ha cap resistència entre el tercer pin del transistor petit, el seu EMISSOR, i el cable negatiu de la font d'alimentació: es connecta directament. A l’altre extrem de la configuració, la font d’alimentació entrant es connecta directament al LED, tot i que pot consumir massa energia (al principi) per no cremar-lo: la tensió addicional que hauria causat aquest dany està sent enrutat a través de la resistència de 100K i pels nostres transistors que el mantindran controlat.

Pas 3: activeu-lo: solucioneu els problemes si cal

Un cop connectats els dissipadors de calor i les juntes de soldadura fermes i estigueu segur que els vostres LED estan orientats correctament i que heu connectat els cables correctes als cables correctes, és hora de connectar-los la font d'alimentació de CC i gireu l'interruptor. En aquest punt, és probable que passi una de les tres coses: els LED s’il·luminaran com s’esperava, els LED parpellejaran breument i es tornaran foscos o no passarà res. Si obteniu el primer d’aquests resultats, felicitats! Ara teniu un circuit de treball! Que et duri molt de temps. Si obteniu el resultat número 2, acabeu de fer saltar els vostres LED i haureu de començar de nou per altres de nous (i haureu de tornar a avaluar el circuit i esbrinar on us heu equivocat, probablement connectant-vos un fil incorrecte o deixar creuar 2 cables que no hauríeu de tenir). Si obteniu el resultat número 3, hi haurà alguna cosa malament en el vostre circuit. Apagueu-lo, desconnecteu la font d'alimentació de corrent continu i repasseu la connexió per connexió del circuit assegurant-vos que connecteu cada cable correctament i que els LED estan orientats correctament al circuit. A més, tingueu en compte la possibilitat de comprovar de nou el valor de milliamp conegut dels vostres LED i assegurar-vos que el valor que heu escollit i que utilitzeu per a R3 proporcionarà prou corrent per alimentar-lo. Comproveu de nou el valor de R1 i assegureu-vos que sigui de 100 k ohms. Finalment, podeu provar Q1 i Q2, però els mètodes per fer-ho estan fora de l’abast d’aquest instructiu. De nou: els motius més probables perquè no aparegui llum són els següents: 1.) els vostres LED no estan orientats correctament; comproveu l'orientació mitjançant el multímetre i, si cal, torneu a orientar-los; 2.) teniu una unió de soldadura solta en algun lloc del vostre circuit; agafeu un soldador i torneu a soldar les connexions que puguin quedar soltes; 3.) teniu un cable creuat en algun lloc del vostre circuit; comproveu que hi hagi cables curts i separeu-ne els que puguin tocar; només cal un petit fil de coure solt en algun lloc perquè el circuit falli; 4.) el vostre R3 té un valor massa alt per permetre el funcionament del LED (s); considereu la possibilitat de substituir-lo per una resistència de menor resistència o escurceu lleugerament el cable de nicrom; 5.) el commutador no pot tancar la prova del circuit amb el multímetre i no el corregir o substituir; 6.) Heu danyat prèviament els LEDs o algun dels altres components del diagrama per: a.) No utilitzar resistències adequadament grans (és a dir, una resistència de potència suficient: R3 hauria de ser com a mínim de 0,25 resistència de watts) o un dissipador de calor prou gran per a Q2 o per als vostres LED (tant Q2 com els vostres LEDs poden patir ràpidament danys tèrmics si no es connecten als dissipadors de calor abans d’encendre el circuit), o; b.) creuar cables i danyar accidentalment els vostres LED (normalment acompanya una bufada de fum pudent); o 7.) utilitzeu un Q1 o Q2 que no és correcte per a aquest circuit. No es coneixen altres tipus de resistències compatibles per a aquests dos components; si intenteu crear aquest circuit a partir d'altres tipus de transistors, hauríeu d'esperar que el circuit no funcionés. M’agradaria poder respondre a preguntes tècniques sobre la construcció de circuits i controladors LED, però, com he dit abans, no sóc un expert i la majoria del que veieu aquí ja es tractava en un altre instructiu escrit per algú que en sap més sobre aquest procés. que jo. Esperem que el que us he donat aquí sigui almenys més clar i explícit que altres instruccions similars disponibles en aquest lloc. Bona sort!

Si el vostre circuit funciona, felicitats! Abans d’acabar el projecte, assegureu-vos d’eliminar el flux restant de les juntes de soldadura amb alcohol fregant o un altre dissolvent adequat com el tolueno. Si es permet que el flux es mantingui al vostre circuit, es corrodiran els pins, danyaran el cable de nichrome (si en feu servir) i fins i tot es pot danyar el LED amb prou temps. Flux és fantàstic, però, quan hàgiu acabat, haureu d'anar. Assegureu-vos també que, per molt que configureu la llum perquè funcioni, no hi haurà possibilitat que cap dels seus cables es toqui o es desfaci accidentalment quan s’utilitza o es mou el circuit. Es pot fer servir una gran massa de cola calenta com a espècie de compost per embotir, però el compost real seria millor. Un circuit sense protecció que s’acostuma a qualsevol cosa és propens a fallar amb prou temps i les juntes de soldadura de vegades no són tan estables com voldríem pensar que ho són. Com més segur sigui el vostre circuit final, més utilitat en treureu!