LED вериги за водачи с висока мощност: 12 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

Светодиоди с висока мощност: бъдещето на осветлението!

но … как ги използвате? от къде ги взимаш? 1-ватовите и 3-ватовите светодиоди за захранване вече са широко достъпни в диапазона от 3 до 5 долара, така че напоследък работя върху куп проекти, които ги използват. в процеса ме дразнеше, че единствените опции, за които някой говори за управление на светодиодите, са: (1) резистор или (2) наистина скъп електронен трик. сега, когато светодиодът струва 3 долара, не е наред да плащаш 20 долара за устройството, за да ги управлява! Така че се върнах към моята книга "Аналогови схеми 101" и разбрах няколко прости схеми за задвижване на светодиоди за захранване, които струват само $ 1 или $ 2. Тази инструкция ще ви даде ударно издухване на всички различни типове схеми за захранване на големи светодиоди, всичко от резистори до превключване на захранване, с някои съвети за всички тях и разбира се ще даде много подробности за моята нова проста Power LED вериги на драйвери и кога/как да ги използвам (и имам 3 други инструкции досега, които използват тези схеми). Част от тази информация в крайна сметка е доста полезна и за малки светодиоди. Ето и другите ми инструкции за захранване с LED, проверете ги за други бележки и идеи Тази статия ви е предоставена от MonkeyLectric и светлината за велосипеди Monkey Light.

Стъпка 1: Общ преглед / части

Има няколко общи метода за захранване на светодиоди. Защо целият шум? Той се свежда до това: 1) светодиодите са много чувствителни към напрежението, използвано за захранването им (т.е. токът се променя много с малка промяна в напрежението) 2) необходимото напрежение се променя малко, когато светодиодът е горещ или студен въздух, а също в зависимост от цвета на светодиода и производствените детайли. така че има няколко често срещани начина, по които светодиодите обикновено се захранват, и ще разгледам всеки от тях в следните стъпки.

Части Този проект показва няколко схеми за задвижване на светодиоди за захранване. за всяка от схемите съм отбелязал на съответната стъпка необходимите части, включително номера на части, които можете да намерите на www.digikey.com. за да се избегне много дублирано съдържание, този проект обсъжда само конкретни схеми и техните плюсове и минуси. за да научите повече за техниките за сглобяване и да разберете номерата на LED частите и къде можете да ги получите (и други теми), моля, вижте един от другите ми проекти за LED захранване.

Стъпка 2: Данни за производителността на светодиода за захранване - удобна справочна таблица

По -долу са някои основни параметри на светодиодите Luxeon, които ще използвате за много схеми. Използвам цифрите от тази таблица в няколко проекта, така че тук просто ги поставям на едно място, на което мога лесно да се позова. Люксон 1 и 3 без ток (точка на изключване): бяло/синьо/зелено/ циан: спад 2.4V (= "LED напрежение напред") червен/оранжев/кехлибарен: 1.8V спад Luxeon-1 с 300mA ток: бял/син/зелен/циан: 3.3V спад (= "LED напрежение напред") червен/оранжев /кехлибарен: 2.7V спад Luxeon-1 с 800mA ток (над спецификацията): всички цветове: 3.8V спад Luxeon-3 с 300mA ток: бял/син/зелен/циан: 3.3V dropred/оранжев/кехлибарен: 2.5V спад Luxeon-3 с 800mA ток: бял/син/зелен/циан: 3.8V dropred/оранжев/кехлибарен: 3.0V спад (забележка: моите тестове не са съгласни със спецификацията) Luxeon-3 с 1200mA ток: червен/оранжев/кехлибарен: 3.3V спад (забележка: моите тестове не са съгласни със спецификацията) Типичните стойности за обикновени "малки" светодиоди с 20mA са: червено/оранжево/жълто: 2.0 V dropgreen/циан/синьо/лилаво/бяло: 3.5V спад

Стъпка 3: Директно захранване

Защо просто не свържете батерията си директно към светодиода? Изглежда толкова просто! Какъв е проблема? Мога ли някога да го направя? Проблемът е надеждността, последователността и здравината. Както бе споменато, токът през светодиода е много чувствителен към малки промени в напрежението на светодиода, както и към температурата на околната среда на светодиода, както и към производствените отклонения на светодиода. Така че, когато просто свържете вашия LED към батерия, нямате представа колко ток преминава през нея. "но какво от това, светна, нали?". добре със сигурност. в зависимост от батерията може да имате твърде голям ток (светодиодът се нагрява много и изгаря бързо) или твърде малко (светодиодът е слаб). другият проблем е, че дори светодиодът да е точно когато го свържете за първи път, ако го занесете в нова среда, която е по -гореща или по -студена, той или ще потъмнее, или стане твърде ярък и ще изгори, защото светодиодът е много температурен чувствителни. производствените вариации също могат да причинят променливост. Така че може би сте прочели всичко това и си мислите: „какво от това!“. ако е така, плужете напред и свържете право към батерията. за някои приложения това може да е пътят.- Резюме: използвайте това само за хакове, не очаквайте да е надеждно или последователно и очаквайте да изгорите някои светодиоди по пътя.- Един известен хак, който поставя този метод за изключително добро използване е LED Throwie. Забележки:- ако използвате батерия, този метод ще работи най-добре, като използвате * малки * батерии, тъй като една малка батерия действа така, сякаш има вътрешен резистор в нея. това е една от причините LED Throwie да работи толкова добре.-ако всъщност искате да направите това със светодиод за захранване, а не с 3-центов светодиод, изберете напрежението на батерията си, така че светодиодът да не работи с пълна мощност. това е другата причина LED Throwie да работи толкова добре.

Стъпка 4: Скромният резистор

Това е най -широко използваният метод за захранване на светодиодите. Просто свържете последователно резистор с вашия светодиод (и).pros:- това е най-простият метод, който работи надеждно- има само една част- струва стотинки (всъщност по-малко от стотинка) недостатъци:- не е много ефективен. трябва да компрометирате загубената мощност срещу постоянна и надеждна яркост на LED. ако губите по-малко енергия в резистора, получавате по-малко последователни светодиодни характеристики.- трябва да смените резистора, за да промените яркостта на светодиода- ако промените значително захранването или напрежението на батерията, трябва да смените резистора отново.

Как да го направите: Има много страхотни уеб страници, които вече обясняват този метод. Обикновено искате да разберете:- каква стойност на резистора да използвате- как да свържете вашите светодиоди последователно или паралелно Има два добри "LED калкулатора", които открих, които ще ви позволят просто да въведете спецификациите на вашите светодиоди и захранване и те ще проектирайте цялата серия/паралелна схема и резистори за вас! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods/ledcalc/index_eng Когато използвате тези уеб калкулатори, използвайте удобна справочна таблица с данни за LED за данни за номера на тока и напрежението, които калкулаторът ви иска. ако използвате метода на резистора със светодиоди за захранване, бързо ще искате да получите много евтини резистори за захранване! ето някои евтини от digikey: "Yageo SQP500JB" са 5-ватова серия резистори.

Стъпка 5: $ witching Regulators

Превключващите регулатори, известни още като "DC-to-DC", "buck" или "boost" преобразуватели, са фантастичният начин за захранване на LED. правят всичко, но са скъпи. какво точно "правят"? превключващият регулатор може или да понижава ("долар"), или да увеличава ("усилва") входното напрежение на захранването до точното напрежение, необходимо за захранване на светодиодите. за разлика от резистора, той постоянно следи светодиодния ток и се адаптира, за да го поддържа постоянен. Той прави всичко това с 80-95% енергийна ефективност, без значение колко е понижаването или увеличаването. за усилващи преобразуватели и 90-95% за преобразуватели на долари-могат да захранват светодиоди от захранвания с по-ниско или по-високо напрежение (увеличаване или понижаване)-някои устройства могат да регулират яркостта на светодиодите-пакетирани модули, предназначени за захранващи светодиоди, са налични и лесни за използванеCons:- сложни и скъпи: обикновено около 20 $ за пакетирана единица. - за да направите своя собствена, са необходими няколко части и електротехнически уменияz.

Едно готово устройство, проектирано специално за захранващи устройства, е Buckpuck от LED Dynamics. Използвах един от тях в моя проект за предни фарове и бях доста доволен от него. тези устройства се предлагат от повечето уеб магазини за LED.

Стъпка 6: Новите неща !! Източник на постоянен ток #1

нека да преминем към новите неща! Първият набор от схеми са малки вариации на свръхпрост източник на постоянен ток. Плюс:- постоянна LED производителност с всяко захранване и светодиоди- струва около $ 1- само 4 прости части за свързване- ефективността може да бъде над 90% (с подходящ LED и избор на захранване)- може да се справи с МНОГО мощност, 20 ампера или повече без проблем.- ниско "отпадане"- входното напрежение може да бъде само 0,6 волта по-високо от изходното напрежение.- свръхширок диапазон на работа: между 3V и 60V вход Конзоли:- трябва да се промени резистор, за да се промени яркостта на светодиода- ако е лошо конфигуриран, той може да губи толкова енергия, колкото метода на резистора- трябва да го изградите сами (о, изчакайте, това трябва да бъде „за“).- ограничението на тока се променя малко с температурата на околната среда (може да бъде и „за“). Така че, за да обобщим: тази верига работи също толкова добре, колкото и регулатора за понижаващо превключване, единствената разлика е че не гарантира 90% ефективност. от положителната страна, струва само $ 1.

Първата най-проста версия: "Източник на постоянен ток на ниски разходи #1" Тази схема е включена в моя прост светлинен проект, управляван от захранване. Как работи?- Q2 (мощност NFET) се използва като променлив резистор. Q2 стартира, включен от R1.- Q1 (малък NPN) се използва като превключвател за пренапрежение, а R3 е "резисторът за усещане" или "настроен резистор", който задейства Q1, когато тече твърде много ток. основният токов поток е през светодиодите, през Q2 и през R3. Когато през R3 тече твърде много ток, Q1 ще започне да се включва, което започва да изключва Q2. Изключването на Q2 намалява тока през светодиодите и R3. Затова създадохме „обратна връзка“, която непрекъснато следи светодиодния ток и го поддържа точно на зададената точка по всяко време. транзисторите са умни, а!- R1 има висока устойчивост, така че когато Q1 започне да се включва, той лесно преодолява R1.- Резултатът е, че Q2 действа като резистор, а съпротивлението му винаги е перфектно настроено, за да поддържа тока на светодиода правилен. Всяка излишна мощност се изгаря през Q2. Така за максимална ефективност искаме да конфигурираме нашия LED низ така, че да е близо до захранващото напрежение. Ще работи добре, ако не направим това, просто ще загубим енергия. това наистина е единственият недостатък на тази верига в сравнение с понижаващ превключващ регулатор! настройка на тока! стойността на R3 определя зададения ток. Изчисления:- LED токът е приблизително равен на: 0,5 / R3- R3 мощност: мощността разсейва се от резистора е приблизително: 0,25 / R3. изберете стойност на резистора най -малко 2 пъти изчислената мощност, така че резисторът да не изгаря горещо. така че за 700mA LED ток: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ома. най -близкият стандартен резистор е 0,75 ома. R3 мощност = 0,25 / 0,71 = 0,35 вата. ще ни трябва поне 1/2 вата номинален резистор. Използвани части: R1: малък (1/4 вата) приблизително 100k-ом резистор (като: серия Yageo CFR-25JB) R3: голям (1 ват+) токов набор резистор. (добър избор от 2 вата е: серия Panasonic ERX-2SJR) Q2: голям (пакет TO-220) N-канал FET на логическо ниво (като: Fairchild FQP50N06L) Q1: малък (пакет TO-92) NPN транзистор (като: Fairchild 2N5088BU) Максимални граници: единствената реална граница на веригата на източника на ток е наложена от NFET Q2. Q2 ограничава веригата по два начина: 1) разсейване на мощността. Q2 действа като променлив резистор, като намалява напрежението от захранването, за да отговаря на нуждите на светодиодите. така че Q2 ще се нуждае от радиатор, ако има висок светодиоден ток или ако напрежението на източника на захранване е много по -високо от напрежението на LED низа. (Q2 мощност = паднали волта * LED ток). Q2 може да издържи само 2/3 вата, преди да имате нужда от някакъв радиатор. с голям радиатор, тази схема може да се справи с МНОГО мощност и ток - вероятно 50 вата и 20 ампера с този точен транзистор, но можете просто да поставите няколко транзистора паралелно за повече мощност. 2) напрежение. щифтът "G" на Q2 е оценен само за 20V и с тази най -проста верига, която ще ограничи входното напрежение до 20V (да кажем 18V, за да сме в безопасност). ако използвате друг NFET, не забравяйте да проверите рейтинга "Vgs". термична чувствителност: текущата зададена точка е донякъде чувствителна към температурата. това е така, защото Q1 е спусъкът, а Q1 е термично чувствителен. горепосочената част nuber i е една от най -малко термично чувствителните NPN, които мога да намеря. въпреки това очаквайте може би 30% намаление на текущата зададена точка, когато преминете от -20C до +100C. това може да е желан ефект, може да спаси Q2 или LED от прегряване.

Стъпка 7: Промяна на източника на постоянен ток: #2 и #3

тези леки модификации на верига №1 се отнасят до ограничението на напрежението на първата верига. трябва да поддържаме NFET Gate (G pin) под 20V, ако искаме да използваме източник на захранване по -голям от 20V. оказва се, че ние също искаме да направим това, за да можем да свържем тази схема с микроконтролер или компютър.

във верига #2 добавих R2, докато в #3 замених R2 със Z1, ценеров диод. схема #3 е най -добрата, но включих #2, тъй като това е бърз хак, ако нямате правилната стойност на ценеровия диод. искаме да настроим напрежението на G -pin на около 5 волта - използвайте ценеров диод от 4,7 или 5,1 волта (като например: 1N4732A или 1N4733A) - всички по -ниски и Q2 няма да могат да се включат докрай, по -високи и няма да работи с повечето микроконтролери. ако вашето входно напрежение е под 10V, превключете R1 за 22k-омов резистор, ценеровият диод не работи, освен ако през него не преминава 10uA. след тази модификация веригата ще работи с 60V с изброените части и можете лесно да намерите Q2 с по-високо напрежение, ако е необходимо.

Стъпка 8: Малко микро прави разликата

Сега какво? свържете се с микроконтролер, ШИМ или компютър! сега имате напълно дигитална контролирана LED мощна светлина. Изходните щифтове на микроконтролера са само за 5.5V обикновено, затова ценеровият диод е важен. ако вашият микроконтролер е 3.3V или по-малък, трябва да използвате верига #4 и да настроите изходния щифт на вашия микроконтролер да бъде "отворен колектор"-което позволява на микро да изтегли щифта, но позволява на резистора R1 да го издърпа до 5V, което е необходимо за пълно включване на Q2.ако вашият микро е 5V, тогава можете да използвате по-простата верига #5, премахвайки Z1, и да настроите изходния щифт на микро за нормален режим на издърпване/издърпване - 5V микрото може да включи Q2 съвсем добре. сега, когато имате свързан ШИМ или микро, как да направите цифрово управление на светлината? за да промените яркостта на светлината си, я "ШИМ": вие я мигате бързо и изключвате (200 Hz е добра скорост) и променяте съотношението на времето за включване към времето за изключване. това може да се направи само с няколко реда код в микроконтролер. за да го направите само с чип "555", опитайте тази схема. за да използвате тази верига се отървете от M1, D3 и R2, а техният Q1 е нашият Q2.

Стъпка 9: Друг метод за затъмняване

добре, може би не искате да използвате микроконтролер? ето още една проста модификация на "верига #1"

най-простият начин да намалите светодиодите е да промените текущата зададена точка. така че ще сменим R3! показано по -долу, добавих R4 и превключвател паралелно с R3. така че при отворен превключвател, токът се задава от R3, при превключвател затворен, токът се задава от новата стойност на R3 паралелно с R4 - повече ток. така че сега имаме "висока мощност" и "ниска мощност" - идеално за фенерче. може би бихте искали да поставите циферблат с променлив резистор за R3? за съжаление, те не ги правят с толкова ниска стойност на съпротивление, така че се нуждаем от нещо малко по -сложно, за да направим това. (вижте схема #1 за това как да изберете стойностите на компонентите)

Стъпка 10: Аналогово регулируемият драйвер

Тази схема ви позволява да имате регулируема яркост, но без да използвате микроконтролер. Напълно аналогов е! струва малко повече - около $ 2 или $ 2,50 общо - надявам се, че няма да имате нищо против. Основната разлика е, че NFET е заменен с регулатор на напрежението. регулаторът на напрежението понижава входното напрежение подобно на NFET, но е проектиран така, че изходното му напрежение да се задава от съотношението между два резистора (R2+R4 и R1). Схемата за ограничаване на тока работи по същия начин както преди, в този случай той намалява съпротивлението през R2, намалявайки изхода на регулатора на напрежението. Тази схема ви позволява да настроите напрежението на светодиодите на всяка стойност с помощта на циферблат или плъзгач, но също така ограничава тока на светодиода както преди не можете да завъртите циферблата покрай безопасната точка. Използвах тази схема в моя проект за RGB цветен контрол на стая/точково осветление. моля, вижте горния проект за номера на частите и избор на стойност на резистора. тази верига може да работи с входно напрежение от 5V до 28V и до 5 ампера ток (с радиатор на регулатора)

Стъпка 11: * още по -опростен * източник на ток

добре, така че се оказва, че има още по-прост начин да се направи източник с постоянен ток. причината да не го поставя на първо място е, че има поне един съществен недостатък.

Този не използва NFET или NPN транзистор, той има само един регулатор на напрежение. В сравнение с предишния "прост източник на ток", използващ два транзистора, тази схема има: - още по -малко части. - много по -голям "отпадане" от 2.4V, което значително ще намали ефективността при захранване само на 1 светодиод. ако захранвате низ от 5 светодиода, може би не е толкова голяма работа. - няма промяна в текущата зададена точка при промяна на температурата - по -малък токов капацитет (5 ампера - все още достатъчно за много светодиоди)

как да го използвате: резистор R3 задава тока. формулата е: LED ток в ампери = 1,25 / R3, така че за ток от 550 mA, задайте R3 на 2,2 ома, обикновено се нуждаете от резистор на мощност, мощност R3 във ватове = 1,56 / R3, тази верига също има недостатъка, че единственият начин да го използвате с микроконтролер или ШИМ е да включите и изключите цялото нещо с мощност FET. и единственият начин да промените яркостта на LED е да промените R3, затова вижте по -ранната схема за "верига #5", която показва добавяне на превключвател за ниска/висока мощност. щифт 3 части: регулатор: или LD1585CV, или LM1084IT-ADJ кондензатор: 10u до 100u кондензатор, 6,3 волта или по-голям (например: Panasonic ECA-1VHG470) резистор: 2-ватов резистор минимум (например: серия Panasonic ERX-2J) можете да изградите това с почти всеки линеен регулатор на напрежението, двете изброени имат добри общи характеристики и цена. класическият "LM317" е евтин, но отпадането е още по -високо - общо 3,5 волта в този режим. сега има много регулатори за повърхностно монтиране с ултра ниски отпадания за използване при нисък ток, ако трябва да захранвате 1 светодиод от батерия, това може да си струва да се разгледа.

Стъпка 12: Хаха! Има още по -лесен начин

Срам ме е да кажа, че самият аз не съм мислил за този метод, научих го, когато разглобих фенерче, което имаше светодиод с висока яркост вътре в него.

-------------- Поставете PTC резистор (известен още като "предпазител, който може да се регулира PTC") последователно с вашия светодиод. Еха.не става по -лесно от това. -------------- Добре. Макар и прост, този метод има някои недостатъци: - Вашето шофиращо напрежение може да бъде само малко по -високо от "включеното" напрежение на светодиода. Това е така, защото предпазителите PTC не са предназначени да се отърват от много топлина, така че трябва да поддържате доста ниско падналото напрежение в PTC. можете да залепите вашия ptc към метална плоча, за да помогнете малко. - Няма да можете да управлявате вашия светодиод при максималната му мощност. PTC предпазителите нямат много точен "изключващ" ток. Обикновено те варират с коефициент 2 от номиналната точка на пътуване. Така че, ако имате светодиод, който се нуждае от 500mA, и получавате PTC, оценен на 500mA, ще получите от 500mA до 1000mA - не е безопасно за LED. Единственият безопасен избор на PTC е малко подценен. Вземете 250mA PTC, тогава най -лошият ви случай е 500mA, с който LED може да се справи. ----------------- Пример: За един светодиод с мощност около 3.4V и 500mA. Свържете се последователно с PTC с мощност около 250 mA. Задвижващото напрежение трябва да бъде около 4.0V.