Prosty liniowy regulator prądu Power LED, poprawiony i wyjaśniony: 3 kroki

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Ten Instruktaż jest zasadniczo powtórzeniem obwodu liniowego regulatora prądu Dana. Jego wersja jest oczywiście bardzo dobra, ale brakuje jej klarowności. To moja próba rozwiązania tego problemu. Jeśli rozumiesz i potrafisz zbudować wersję Dana, moja wersja prawdopodobnie nie powie ci nic strasznie nowego. Jednak… …Montażując własny regulator na podstawie Dana, patrzyłem na jego zdjęcia komponentów i mrużenie oczu – który pin łączy się z którym innym pinem? Czy to się z tym wiąże, czy nie? To oczywiście prosty obwód, ale nie jestem inżynierem elektrykiem i nie chciałem się pomylić… Ponieważ pomyłka, nawet niewielka, czasami powoduje, że coś się pali. Dodałem element: przełącznik między dodatnim przewodem zasilacza prądu stałego a resztą obwodu, dzięki czemu mogę go włączać i wyłączać. Nie ma powodu, aby go wykluczyć, a jest bardzo przydatny. Powinienem tutaj również zauważyć na początku: jakiekolwiek twierdzenia „Dana” mogą być przeciwne, ten obwód NIE jest ostatecznie dobrze przystosowany do zasilania diody LED z zasilacza, który jest znacznie powyżej spadku napięcia diody LED. Próbowałem napędzać pojedynczą niebieską diodę LED 3,2 V przy 140 mAh (testowany prąd wynosił w rzeczywistości 133 mAh - bardzo blisko) z zasilacza o napięciu 9,5 V, a rezultatem końcowym było to, że w ciągu 60 sekund dioda LED zaczęła migotać, a potem w końcu wyłączyć… Zrobił to kilka razy z coraz krótszymi okresami czasu między włączeniem a awarią. Teraz w ogóle się nie włączy. To powiedziawszy, od miesiąca napędzam również pojedynczą diodę LED dużej mocy RGB prawie nieprzerwanie, używając innego zasilacza, który bardziej pasuje do spadku napięcia diody LED - więc ten obwód może działać, choć nie zawsze, na pewno nie tak, jak pierwotnie obiecano, i może po drodze zrujnować diodę LED zasilania. Głos doświadczenia mówi, że będzie działać tak długo, jak wymagania twoich diod LED będą ściśle odpowiadać mocy w woltach pochodzącej z twojego zasilacza. Jeśli zauważysz migotanie, oznacza to, że diody LED przepalają się i są już trwale uszkodzone. Zajęło mi sześć zniszczonych diod LED zasilania, aby to rozgryźć. „Wielu Bothan zginęło, aby dostarczyć nam te informacje…” Materiały eksploatacyjne: Oto lista dostaw komponentów Dana, słowo w słowo, ale poprawiona dla pierwszego elementu (Dan błędnie podał numer produktu rezystora 10 kiloomów, a nie 100 kiloomów – lista pokazuje teraz numer dla prawidłowego typu). Dodałem również linki do wymienionych produktów: -- R1: rezystor około 100 kΩ (np. Yageo FMP100JR-52-100K) R3: rezystor ustawiony na prąd - patrz poniżej Q1: mały tranzystor NPN (np. Fairchild 2N5088BU) Q2: duży N-kanałowy FET (np. Fairchild FQP50N06L) LED: dioda LED zasilania (np.: Luxeon 1-watowa biała gwiazda LXHL-MWEC)

-- Element przełącznika, S1, powinien być dostosowany do napięcia zasilacza prądu stałego, którego zamierzasz użyć. Na przykład przełącznik 12V nie będzie przystosowany do zasilania 18V. Zauważ, że Q2 jest również nazywany zamiennie MOSFET, nMOSFET, NMOS, n-kanałowym MOSFET i n-kanałowym QFET MOSFET, Q1 jest również nazywany tranzystorem bipolarnym NPN lub NPN BJT. Dan nie wchodzi w to, co oznacza „w przybliżeniu”, ani nie wyjaśnia, jak daleko możesz się zajść ani na co to wpłynie; nie wyjaśnia też „małych” czy „dużych” i skutków, jakie mogą mieć. Niestety, ja też nie. Wygląda na to, że utknęliśmy przy tych konkretnych komponentach, chyba że zdobędziemy dyplom z elektrotechniki. Szczególnie biorąc pod uwagę delikatność zastosowanej diody LED, ścisłe przestrzeganie zaleceń wydaje się jedyną rozsądną opcją.

Odnośnie R3:

Według Dana wartość R3 w omach musi być powiązana z prądem, przy którym chcesz sterować diodą LED (którego limity zostały już ustawione przez producenta) tak, aby żądany prąd w amperach = 0,5/R3. W takim równaniu większa rezystancja w R3 spowoduje, że przez diodę LED będzie przepływał mniejszy prąd. Intuicyjnie prowadzi to do wniosku, że doskonała rezystancja (tj. brak jakiegokolwiek rezystora) oznaczałaby, że dioda LED nie będzie działać (0,5/nieskończoność = mniej niż zero). Nie jestem jednak wcale pewien, czy to prawda, a moje własne testy empiryczne tego obwodu wskazują, że tak nie jest. Niemniej jednak, jeśli postępujemy zgodnie z planem Dana, R3 o wartości 5 omów wytworzy stały prąd o wartości 0,5/5=0,1 ampera lub 100 miliamperów. Duża część diod LED mocy wydaje się działać około 350 mAh, więc dla nich będziesz musiał ustalić wartość R3 około 1,5 oma. Dla mniej zaznajomionych z rezystorami pamiętaj, że możesz ustalić wartość 1,5 oma, używając kombinacji różnych rezystorów równolegle, o ile końcowy łączny wynik wynosi 1,5 oma. Jeśli użyjesz na przykład dwóch rezystorów, twoja wartość R3 będzie równa wartości rezystora 1 pomnożonej przez wartość rezystora 2 i iloczynu podzielonego przez sumę R1+R2. Inny przykład: 1 opornik 5 omów połączony równolegle z drugim, powiedzmy, 3 omami, daje (5x3)/(5+3)=15/8=1,875 omów, co z kolei spowoduje stały prąd w tym obwodzie 0,5/1,875=0,226 amperów lub 266 mAh.

Rezystory są oceniane pod kątem różnych zdolności rozpraszania mocy. Małe rezystory mogą rozpraszać mniej energii niż większe, ponieważ większe nie spalą się tak szybko, jeśli przepływa przez nie zbyt duży prąd. W tym obwodzie nie można użyć rezystora montowanego powierzchniowo, ponieważ nie radzi sobie z rozpraszaniem mocy. Ponadto nie będziesz w stanie znaleźć rezystora, który jest „za duży”. Większe/fizycznie większe rezystory są w stanie obsłużyć więcej mocy niż mniejsze. Większe mogą kosztować więcej i zajmą więcej miejsca, ale koszt jest zwykle znikomy (każdy zepsuty stereo ma w sobie setkę rezystorów o ogromnych mocach znamionowych), a różnica w przestrzeni jest rzędu milimetrów sześciennych, więc Zachowaj ostrożność i używaj największych rezystorów o odpowiedniej rezystancji, jakie możesz znaleźć. Możesz wybrać jeden za mały, ale nie możesz wybrać zbyt dużego.

Zauważ, że jeśli zdarzy ci się mieć pod ręką jakiś drut nichromowy o wysokiej rezystancji, prawdopodobnie możesz go przyciąć do długości, która będzie odpowiadać twoim potrzebom w zakresie rezystancji bez konieczności używania wielu rezystorów. Będziesz potrzebować omomierza do sprawdzenia rzeczywistej wartości rezystancji i pamiętaj, że prawdopodobnie pomiędzy dwoma przewodami omomierza występuje pewien stopień rezystancji (może nawet 1 om): przetestuj to najpierw przez dotykając ich razem i zobacz, co odczytuje urządzenie, a następnie uwzględnij to, gdy określisz, ile drutu nichromowego zamierzasz użyć (jeśli wykryjesz rezystancję 0,5 oma, gdy zetkniesz ze sobą przewody omomierza i musisz zakończyć do, powiedzmy, rezystancji 1,5 oma na przewodzie nichromowym, wtedy potrzebujesz tego przewodu do „zmierzenia” 2,0 omów rezystancji dla ciebie na mierniku omowym).

Alternatywnie istnieje również sposób na użycie kawałka drutu nichromowego, aby zakończyć ten obwód, nawet w przypadku diody LED, której prąd znamionowy nie jest znany! Gdy obwód jest kompletny, ale brakuje mu R3, użyj drutu nichromowego, który jest zdecydowanie dłuższy niż wymagany opór o co najmniej cal lub dwa (im grubszy ten drut, tym dłuższy kawałek, którego będziesz potrzebować. Następnie włącz obwód - nic się nie stanie. Teraz przymocuj wiertarkę do środka litery U drutu nichromowego tak, aby wiertło skręcało się, zaczęło owijać drut wokół wiertła. POWOLI włącz wiertło. Jeśli wszystkie inne części obwodu są prawidłowo podłączone, dioda LED wkrótce zaświeci się bardzo słabo i stanie się jaśniejsza, gdy przewód będzie krótszy! Zatrzymaj się, gdy światło jest jasne - jeśli przewód stanie się zbyt krótki, dioda LED przepali się. niekoniecznie łatwo jest ocenić, kiedy ten moment został osiągnięty, więc będziesz ryzykować z tą techniką.

Odnośnie radiatorów: Dan wspomina też o możliwym znaczeniu radiatorów dla tego projektu oraz o potrzebie zewnętrznego zasilacza DC od 4 do 18 woltów (podobno ampery nie mają znaczenia dla tego zasilacza, choć nie wiem o tym dla pewny). Jeśli używasz diody LED mocy, będziesz potrzebować dołączonego do niej radiatora i prawdopodobnie będziesz potrzebować takiego, który wykracza poza zakres prostej aluminiowej „gwiazdy” nietoperza dostarczanej z wieloma diodami Luxeon. Radiator na Q2 będzie potrzebny tylko wtedy, gdy w obwodzie przepływa więcej niż 200 mAh energii i/lub różnica napięcia między zasilaczem prądu stałego a łącznym spadkiem napięcia diod LED jest „duża” (jeśli różnica jest większa niż 2 wolty, na pewno skorzystam z radiatora). Najwydajniejsze wykorzystanie dowolnego radiatora wymaga również użycia niewielkiej ilości pasty termoprzewodzącej (Arctic Silver jest uważany za produkt z wyższej półki): wyczyść zarówno radiator, jak i korpus MOSFET/LED alkoholem, posmaruj na gładko, równomierną, cienką warstwę pasty termoprzewodzącej na każdej powierzchni (lubię używać ostrza noża X-acto, aby uzyskać absolutnie gładkie, najbardziej równe, najcieńsze rezultaty), a następnie dociśnij powierzchnie razem i zabezpiecz za pomocą jednej lub więcej śrub w odpowiednim miejscu. Alternatywnie, istnieje kilka rodzajów taśm termicznych, które również będą służyć temu samemu celowi. Oto kilka odpowiednich opcji radiatora i zasilacza dla typowej konfiguracji z jedną diodą LED (pamiętaj, że możesz potrzebować DWÓCH radiatorów – jednego dla diody LED i jednego dla MOSFET-u – w wielu konfiguracjach): RadiatorZasilanie

Odnośnie zasilaczy: Krótka uwaga dotycząca zasilaczy: praktycznie wszystkie zasilacze podają gdzieś na opakowaniu, ile woltów mogą dostarczyć i ile mogą dostarczyć. Jednak liczba woltów jest prawie powszechnie zaniżona i praktycznie wszystkie zasilacze faktycznie dostarczają pewną ilość napięcia większą niż wskazana na ich opakowaniu. Z tego powodu ważne będzie przetestowanie dowolnego zasilacza, który twierdzi, że dostarcza wolty w pobliżu górnego końca naszego widma (tj. w pobliżu 18 woltów), aby upewnić się, że w rzeczywistości nie dostarcza zbyt dużej mocy (prawdopodobnie 25 woltów przekraczają ograniczenia projektowe naszego obwodu). Na szczęście, ze względu na charakter obwodu, to zawyżenie napięcia zwykle nie będzie problemem, ponieważ obwód może zarządzać szerokim zakresem napięć bez uszkodzenia diod LED.

Krok 1: Utwórz radiator(y)

Jeśli będziesz potrzebować radiatora do swojego Q2, być może będziesz musiał wywiercić otwór w tym radiatorze, aby wkręcić śrubę przez duży otwór w korpusie MOSFET-u. Nie ma potrzeby stosowania dokładnej śruby, o ile śruba jest w stanie zmieścić się w otworze MOSFET, łeb śruby jest większy (tylko nieznacznie) niż ten otwór, a średnica otworu, który tworzysz w radiatorze, jest niewiele mniejsza niż średnica cylindra śruby. Ogólnie rzecz biorąc, jeśli użyjesz wiertła, którego średnica jest zbliżona, ale nieco mniejsza niż średnica cylindra śruby, nie będziesz miał trudności z przymocowaniem MOSFET do radiatora. Gwinty większości stalowych śrub są wystarczająco mocne, aby wciąć się w radiator (pod warunkiem, że jest to aluminium lub miedź), a tym samym „wytworzyć” niezbędny otwór gwintowany. Wiercenie w aluminium powinno być wykonane z kilkoma kroplami bardzo rzadkiego oleju maszynowego na czubku wiertła (takiego jak olej 3 w 1 lub do maszyn do szycia) i wiertło dociskane delikatnym mocnym naciskiem przy około 600 obr./min i 115 w funtach momentu obrotowego (ta wiertarka Black & Decker lub coś podobnego będzie działać dobrze). Bądź ostrożny: będzie to bardzo mały, płytki otwór i bardzo cienkie wiertło może się złamać, jeśli zbyt długo będzie wywierał na nie zbyt duży nacisk! Zwróć uwagę: „korpus” Q2 jest elektrycznie połączony z pinem „źródłowym” Q2 – jeśli cokolwiek w twoim obwodzie dotknie tego radiatora innego niż korpus MOSFET-u, możesz stworzyć zwarcie elektryczne, które może spowodować uszkodzenie diody LED. Zastanów się nad przykryciem strony radiatora zwróconej w stronę przewodów warstwą taśmy elektrycznej, aby temu zapobiec (ale nie osłaniaj radiatora większą ilością tego, niż jest to konieczne, ponieważ jego celem jest przeniesienie ciepła z MOSFET-u do otaczające powietrze - taśma elektryczna jest izolatorem, a nie przewodnikiem energii cieplnej).

Krok 2: Obwód

Oto, co musisz zrobić, aby utworzyć ten obwód:

* Przylutuj dodatni przewód zasilacza do dodatniego węzła na swojej diodzie LED. Przylutuj również jeden koniec rezystora 100K do tego samego punktu (dodatni węzeł na diodzie LED).

* Przylutuj drugi koniec tego rezystora do pinu GATE MOSFET i pin COLLECTOR mniejszego tranzystora. Gdybyś skleił oba tranzystory razem i miał metalową stronę MOSFET-a odwróconą od siebie, z wszystkimi sześcioma stykami tranzystora skierowanymi w dół, styk GATE i styk KOLEKTORA są PIERWSZYMI DWOMA STYKAMI tych tranzystorów - innymi słowy, przylutuj razem dwa skrajne lewe piny tranzystorów i przylutuj je do niezamocowanego końca rezystora 100K.

* Podłącz środkowy pin MOSFET, pin DRAIN, do ujemnego węzła diody LED za pomocą przewodu. Nic więcej nie zostanie dołączone do diody LED.

* Podłącz pin BASE małego tranzystora (tj. środkowy pin) do pinu SOURCE MOSFET-u (który jest najbardziej prawym pinem).

* Podłącz pin EMITTER (prawy pin) mniejszego tranzystora do ujemnego przewodu twojego zasilacza.

* Podłącz ten sam pin do jednego końca R3, twojego wybranego rezystora dla potrzeb twojej diody LED.

* Podłącz DRUGI koniec tego rezystora do wspomnianego wcześniej pinu BASE/pinu SOURCE obu tranzystorów.

Podsumowanie: wszystko to oznacza, że łączysz środkowy i skrajny prawy pin małego tranzystora za pomocą rezystora R3, a tranzystory łączysz ze sobą dwa razy bezpośrednio (BRAMKA do KOLEKTORA, ŹRÓDŁO do BAZY) i ponownie pośrednio przez R3 (EMITER do ŹRÓDŁA). Środkowy pin MOSFET, DRAIN, nie ma nic do roboty poza podłączeniem do ujemnego węzła diody LED. Dioda LED łączy się z przychodzącym przewodem zasilającym i do jednego końca R1, rezystor 100K (drugi węzeł diody LED jest podłączony do pinu DRAIN, jak już wspomniano). Pin EMITTER łączy się bezpośrednio z ujemnym przewodem twojego zasilacza, a następnie zapętla się z powrotem (na własnym styku BASE) i do MOSFET-u po raz trzeci i ostatni przez rezystor R3, który również łączy się bezpośrednio z ujemnym przewodem Zasilanie. MOSFET nigdy nie łączy się bezpośrednio ani z ujemnym, ani dodatnim przewodem zasilacza, ale łączy się z OBU za pośrednictwem każdego z dwóch rezystorów! Pomiędzy trzecim pinem małego tranzystora, jego EMITEREM, a ujemnym przewodem zasilacza, nie ma żadnego rezystora – łączy się on bezpośrednio. Po drugiej stronie konfiguracji przychodzący zasilacz łączy się bezpośrednio z diodą LED, mimo że może wypompowywać zbyt dużo energii (na początku), aby nie przepalić tej diody LED: dodatkowe napięcie, które spowodowałoby to uszkodzenie, jest kierowane z powrotem przez rezystor 100K i przez nasze tranzystory, które utrzymają go w ryzach.

Krok 3: Włącz: Rozwiąż problemy, jeśli to konieczne

Po podłączeniu radiatora(ów) i mocnych połączeniach lutowniczych i upewnieniu się, że diody LED są prawidłowo zorientowane i podłączyłeś właściwe przewody do właściwych przewodów, nadszedł czas, aby je podłączyć zasilanie prądem stałym i przestaw przełącznik! W tym momencie prawdopodobnie wydarzy się jedna z trzech rzeczy: diody LED zaświecą się zgodnie z oczekiwaniami, diody LED zaczną jasno migać, a następnie zgasną lub nic się nie stanie. Jeśli uzyskasz pierwszy z tych wyników, gratulacje! Masz teraz działający obwód! Niech trwa to bardzo długo. Jeśli uzyskasz wynik nr 2, oznacza to, że właśnie spaliłeś diody LED i będziesz musiał zacząć od nowa (i będziesz musiał ponownie ocenić obwód i dowiedzieć się, gdzie popełniłeś błąd, prawdopodobnie przez podłączenie niepoprawny przewód lub przecięcie 2 przewodów, których nie powinieneś mieć). Jeśli uzyskasz wynik nr 3, oznacza to, że coś jest nie tak z twoim obwodem. Wyłącz go, odłącz zasilacz prądu stałego i przejrzyj połączenie obwodu po połączeniu, upewniając się, że każdy przewód jest podłączony prawidłowo i że wszystkie diody LED są prawidłowo ustawione w obwodzie. Rozważ także podwójne sprawdzenie znanej wartości miliamperów diody LED i upewnienie się, że wybrana wartość i której używasz dla R3 zapewni wystarczający prąd do ich zasilania. Dokładnie sprawdź wartość R1 i upewnij się, że wynosi 100k omów. Na koniec możesz przetestować Q1 i Q2, ale metody tego są poza zakresem tej instrukcji. Ponownie: najbardziej prawdopodobnymi przyczynami braku światła są następujące: 1.) diody LED są/nie są prawidłowo zorientowane – sprawdź orientację za pomocą multimetru i w razie potrzeby zmień orientację; 2.) masz gdzieś w obwodzie luźne złącze lutowane - weź lutownicę i ponownie przylutuj wszystkie połączenia, które mogą być luźne; 3.) masz skrzyżowany przewód gdzieś w obwodzie - sprawdź wszystkie przewody pod kątem zwarcia i oddziel wszystkie, które mogą się dotykać - wystarczy jeden mały luźny drut miedziany, aby obwód uległ awarii; 4.) Twój R3 ma zbyt wysoką wartość, aby diody LED mogły działać - rozważ zastąpienie go rezystorem o niższej rezystancji lub lekko skróć przewód nichromu; 5.) twój przełącznik nie zamyka testu obwodu za pomocą multimetru i napraw go lub wymień; 6.) wcześniej uszkodziłeś diody LED lub jeden z pozostałych elementów na schemacie przez: a.) niestosowanie odpowiednio dużych rezystorów (tj. rezystor o wystarczającej mocy - R3 powinien wynosić co najmniej 0,25 rezystor watowy) lub wystarczająco duży radiator dla Q2 lub dla diod LED (zarówno Q2, jak i diody LED szybko ulegają potencjalnemu uszkodzeniu termicznemu, jeśli nie są podłączone do radiatorów przed włączeniem obwodu), lub; b.) skrzyżowanie przewodów i przypadkowe uszkodzenie diod LED (zwykle towarzyszy temu obłok śmierdzącego dymu); lub 7.) używasz Q1 lub Q2, które nie są poprawne dla tego obwodu. Żadne inne typy rezystorów nie są znanymi kompatybilnymi zamiennikami tych dwóch elementów - jeśli spróbujesz stworzyć ten obwód z innych typów tranzystorów, powinieneś oczekiwać, że obwód nie będzie działał. Chciałbym móc odpowiedzieć na pytania techniczne dotyczące budowy obwodów i sterowników LED, ale jak powiedziałem wcześniej, nie jestem ekspertem i większość tego, co tu widzisz, zostało już omówione w innym Instructable napisanym przez kogoś, kto wie więcej o tym procesie niż ja. Mam nadzieję, że to, co ci tutaj podałem, jest przynajmniej jaśniejsze i bardziej wyraźne niż inne podobne instrukcje dostępne na tej stronie. Powodzenia!

Jeśli twój obwód działa, gratulacje! Zanim zakończysz projekt, upewnij się, że usuniesz pozostały topnik z połączeń lutowanych za pomocą alkoholu lub innego odpowiedniego rozpuszczalnika, takiego jak toluen. Jeśli strumień pozostanie na twoim obwodzie, spowoduje korozję twoich szpilek, uszkodzi twój drut nichromowy (jeśli go używasz) i może nawet uszkodzić diodę LED, jeśli masz wystarczająco dużo czasu. Flux jest świetny, ale kiedy już z nim skończysz, musi odejść! Upewnij się również, że niezależnie od tego, jak ustawisz latarkę do pracy, nie będzie możliwości przypadkowego zetknięcia się lub rozłączenia któregokolwiek z jej przewodów, gdy obwód jest używany lub przesuwany. Duży zwitek gorącego kleju może być użyty jako rodzaj mieszanki do zalewania, ale rzeczywista mieszanka do zalewania byłaby lepsza. Niezabezpieczony obwód, który przyzwyczaja się do czegokolwiek, jest podatny na awarie, jeśli ma wystarczająco dużo czasu, a połączenia lutowane czasami nie są tak stabilne, jak chcielibyśmy sądzić, że są. Im bezpieczniejszy jest twój ostatni tor, tym więcej z niego skorzystasz!