Latarka LED z modulacją szerokości impulsu: 8 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:34

Modulacja szerokości impulsu (PWM) może być wykorzystana do zmiany mocy, szybkości lub jasności wielu urządzeń. W przypadku diod LED PWM można wykorzystać do ich przyciemnienia lub rozjaśnienia. Zrobię z nich małą latarkę ręczną. Diodę można przyciemnić, szybko ją włączając i wyłączając, kilka razy na sekundę. Zmieniając współczynnik przestrzeni znaku, zmienia się jasność. Prostą implementacją systemu PWM byłby zegar podający diodę LED i rezystor ochronny do ziemi. Zegar powinien idealnie oscylować z częstotliwością 50 Hz, aby zapewnić, że nie zobaczysz oscylacja. Aby to przetestować, możesz użyć generatora sygnału, aby zapewnić falę prostokątną, jak poniżej, lub utworzyć obwód, który zrobi to za Ciebie.

Krok 1: Oscylator relaksacyjny

Obwód ten wytworzy falę prostokątną o współczynniku wypełnienia 50%. Dwa rezystory 10K podłączone do wejścia + wzmacniacza operacyjnego dostarczają napięcie odniesienia, a R1 i C1 podłączone do wejścia - tworzą stałą czasową, która kontroluje częstotliwość, f = 1/{2ln(3)RC}. Kondensator C1 ładuje się i rozładowuje przez rezystor R1, a czas potrzebny do wystąpienia tego cyklu jest okresem przebiegu.

Krok 2: Oscylator relaksacyjny

Definiując częstotliwość w kroku 1, R1 można zastąpić potencjometrem RP o wartości 2R1 i dwiema diodami. Ta zmiana pozwoli na zmianę cyklu pracy przy zachowaniu stałej częstotliwości. Dla celów ogólnego PWM diod LED nie ma potrzeby absolutnej precyzji z częstotliwością. Jeśli istnieje potrzeba precyzji, to wybrany potencjometr powinien być jak najbliżej, ale nie więcej niż 2R1, a rezystor kompensacyjny równy R1-RP/2. Alternatywnym rozwiązaniem jest użycie dwóch rezystorów połączonych szeregowo z dwiema diodami, aby uzyskać stały i wstępnie zdefiniowany cykl pracy.

Krok 3: Wyjście oscylatora relaksacyjnego

Sygnał zegarowy może być podłączony bezpośrednio do pojedynczej diody LED, ale nie pozwoli to na sterowanie diodą LED przez zewnętrzne źródło logiczne. Zamiast tego może być łatwiej podać to wyjście do bazy tranzystora, a następnie użyć tranzystora do włączania i wyłączania diody LED. Dzielnik potencjału na wejściu tranzystora ma na celu zmniejszenie wyjścia oscylatora relaksacyjnego, ponieważ w jest wyłączony, nadal będzie wyprowadzał 2v. Należy to zmniejszyć do poniżej 0,7 V, aby nie włączać tranzystora, w przeciwnym razie dioda LED będzie świecić stale i gotować.

Krok 4: Zwiększanie jasności

Innym przydatnym zastosowaniem PWM z diodą LED jest to, że dioda LED może mieć większy niż zwykle prąd przepływający przez nią, dzięki czemu jest jaśniejsza. Normalnie ten prąd zniszczyłby diodę LED, ale ponieważ dioda LED świeci tylko przez ułamek czasu, średnia moc przekazywana przez diodę LED mieści się w zakresie tolerancji. Limit tego prądu jest określony w arkuszu danych producenta diody LED, zidentyfikowanym jako prąd impulsowy do przodu. Często pojawiają się również szczegóły dotyczące minimalnej szerokości impulsu i cykli pracy. Korzystając z białej diody LED jako przykładu, następujące specyfikacje są podane jako: Prąd przewodzenia = 30 mA Prąd przewodzenia impulsu = 150 mA Szerokość impulsu = < 10 ms Cykl pracy = < 1:10 Korzystając z informacji o szerokości impulsu i cyklu pracy, oscylator relaksacji można przeliczyć za pomocą T= 2ln(2)RCAZakładając, że używany jest kondensator 10nF i chcąc TON = 10ms i TOFF = 1ms, można wykonać następujące obliczenia, a następnie narysować schemat obwodu.

Krok 5: Zwiększenie mocy

Drugim wymogiem zwiększenia jasności jest zwiększenie prądu płynącego przez diodę LED. To jest stosunkowo proste. Przy założeniu zasilania logicznego 5V do diody LED, a z karty katalogowej standardowe napięcie diody LED wynosi 3,6V. Rezystor ochronny można obliczyć, odejmując napięcie LED od napięcia zasilania, a następnie dzieląc je przez prąd. R = (VS - VLED) / (iMAX)R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R = 9,3 = 10RI Jest jednak prawdopodobne, że źródło zasilania LED może nie być w stanie zapewnić wystarczającego prądu 100mA, nawet jeśli jest to bardzo krótki czas. Może być konieczne zasilanie diody LED przez tranzystor, ewentualnie sterowany przez inny tranzystor połączony szeregowo, który również może przenosić prąd. W tym obwodzie należy zastosować napięcie zasilania wzmacniacza operacyjnego, ponieważ zasilanie logiki 5V również będzie mały. Spadek o 0,7 V na obu tranzystorach i 3,6 V na diodzie LED, co daje w sumie 5 V i nie pozostawia nic dla rezystora zabezpieczającego. Natomiast dla palnika sterowanie można umieścić nad zasilaniem obwodu. VR = 9 - (3,6 + 0,7)VR = 4,7vR = 4,7/0,15R = 31 = 33R

Krok 6: Obwód końcowy

Poniżej znajduje się ostateczny schemat obwodu. Po wdrożeniu przełącznik zostanie umieszczony na zasilaczu, a kolejne pięć par rezystorów LED zostanie umieszczonych równolegle z istniejącą parą.

Krok 7: Obwód testowy

Jest to pojedyncza wersja układu z diodami LED. Niezbyt schludny, ale jest to prototyp i postępuje zgodnie ze schematem obwodu z kroku 7. Możesz również zobaczyć z zasilacza, że pobierane jest tylko 24 mA, w porównaniu z 30 mA, jeśli dioda LED była podłączona normalnie. Z trzeciego obrazu zawierającego dwie diody LED wynika, że obie diody mają tę samą jasność. Jednak bardzo szybko, bezpośrednio napędzana dioda LED szybko się nagrzewa, dając dobry powód do PWM.

Krok 8: Gotowa pochodnia

Przeniesienie obwodu do veroboard jest trudne, zwłaszcza skondensowanie oscylatora relaksacyjnego tak, aby pasował do obudowy. Najważniejsze, aby sprawdzić, czy żadne przewody nie są skrzyżowane lub czy są wystarczająco luźne, aby można je było skrzyżować. Dodanie kolejnych 5 diod LED, przełącznika połączonego szeregowo ze złączem akumulatora, a następnie umieszczenie ich w obudowie jest prostsze. Podłączając zasilacz do złącza akumulatora w celu przetestowania obwodu, średni odczyt prądu wynosił około 85 mA. Jest to znacznie mniej niż 180mA (6*30mA), które wymagałby system z napędem bezpośrednim. Nie zagłębiałem się zbytnio w przenoszenie obwodu z płytki stykowej na veroboard, ponieważ chciałem raczej skoncentrować się na teorii stojącej za tym projektem niż konkretnie jest to produkcja. Jednak jako ogólny przewodnik powinieneś przetestować obwód i uruchomić go na płytce prototypowej, a następnie przenieść komponenty do veroboard, zaczynając od mniejszych komponentów. Jeśli jesteś kompetentny i szybki w lutowaniu, możesz bezpiecznie przylutować chip bezpośrednio do płytki, w przeciwnym razie powinieneś użyć uchwytu na chip.