Nagy teljesítményű LED meghajtó áramkörök: 12 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Nagy teljesítményű LED-ek: a világítás jövője!

de… hogyan használja őket? hol veszed őket? Az 1 wattos és 3 wattos Power LED-ek ma már széles körben elérhetők a 3–5 USD közötti tartományban, így az utóbbi időben rengeteg projekten dolgozom, amelyek ezeket használják. közben zavaró volt számomra, hogy az egyetlen lehetőség, amiről a LED -ek meghajtásához beszél, az: (1) ellenállás vagy (2) egy igazán drága elektronikus gizmo. most, hogy a LED -ek 3 dollárba kerülnek, helytelen érzés 20 dollárt fizetni az eszközért, hogy vezesse őket! Visszatértem az "Analóg áramkörök 101" könyvemhez, és kitaláltam néhány egyszerű áramkört a teljesítmény -LED -ek meghajtásához, amelyek csak 1 vagy 2 dollárba kerülnek. Ez az oktatható utasítás nagy ütést ad a nagyméretű LED-ek áramellátására szolgáló áramkörök minden típusától, az ellenállásoktól a tápegységek váltásáig, néhány tippel mindegyikre, és természetesen sok részletet fog adni az új egyszerű teljesítményemről LED -illesztőáramkörök és mikor/hogyan kell használni őket (és eddig 3 másik utasításom van, amelyek ezeket az áramköröket használják). Ezen információk némelyike végül nagyon hasznos lehet a kis LED-ek számára is. Itt vannak a többi power-LED használati utasításom, nézze meg ezeket a megjegyzéseket és ötleteket.

1. lépés: Áttekintés / alkatrészek

Számos általános módszer létezik a LED -ek táplálására. Miért minden felhajtás? Ebből következik: 1) A LED -ek nagyon érzékenyek a tápellátásra használt feszültségre (azaz az áram nagyon megváltozik kis feszültségváltozással). hideg levegőt, valamint a LED színétől és a gyártási részletektől függően. tehát számos gyakori módja van annak, hogy a LED -eket általában táplálják, és a következő lépésekben mindegyiket átnézem.

Ez a projekt több áramkört mutat a teljesítmény -LED -ek meghajtásához. az egyes áramköröknél, amelyeket a megfelelő lépésben megjelöltem, a szükséges alkatrészeket, beleértve a www.digikey.com webhelyen található alkatrészszámokat. a sok ismétlődő tartalom elkerülése érdekében ez a projekt csak bizonyos áramköröket és azok előnyeit és hátrányait tárgyalja. Ha többet szeretne megtudni az összeszerelési technikákról, és hogy megtudja a LED -es alkatrészszámokat, és hol szerezheti be őket (és más témákat), kérjük, tekintse meg egy másik teljesítmény LED -projektemet.

2. lépés: A tápellátás LED teljesítményadatai - praktikus referencia táblázat

Az alábbiakban bemutatjuk a Luxeon LED -ek néhány alapvető paraméterét, amelyeket sok áramkörhöz használ. A táblázatban szereplő számokat több projektben használom, ezért itt csak egy helyre teszem őket, ahova könnyen hivatkozhatok. 1. és 3. luxus áram nélkül (kikapcsolási pont): fehér/kék/zöld/ ciánkék: 2,4 V csökkenés (= "LED előremenő feszültség") piros/narancssárga/borostyánsárga: 1,8 V-os csepp /borostyánsárga: 2,7 V cseppLuxeon-1 800 mA árammal (specifikáció felett): minden szín: 3,8 V csepp 800 mA áram: fehér/kék/zöld/ciánkék: 3,8 V csepp/narancs/borostyánsárga: 3,0 V (megjegyzés: a tesztek nem értenek egyet a specifikációs lappal) Luxeon-3 1200 mA árammal: piros/narancssárga/borostyánsárga: 3,3 V (megjegyzés): a tesztjeim nem értenek egyet a specifikációs lappal) A 20 mA -es hagyományos "kis" LED -ek tipikus értékei: piros/narancs/sárga: 2,0 V cseppzöld/cián/kék/lila/fehér: 3,5 V

3. lépés: Közvetlen áramellátás

Miért nem csatlakoztatja az akkumulátort közvetlenül a LED -hez? Olyan egyszerűnek tűnik! Mi a baj? A probléma a megbízhatóság, a következetesség és a szilárdság. Amint említettük, a LED -en keresztül érkező áram nagyon érzékeny a LED feszültségének kis változásaira, valamint a LED környezeti hőmérsékletére, valamint a LED gyártási eltéréseire. Tehát amikor csak csatlakoztatja a LED -et egy akkumulátorhoz, fogalma sincs, mennyi áram folyik rajta. "de hát mi, világított, nem?". oké, rendben. az akkumulátortól függően előfordulhat, hogy túl sok az áram (a LED nagyon felforrósodik és gyorsan kiég), vagy túl kevés (a LED halvány). a másik probléma az, hogy még ha a led is pont megfelelő, amikor először csatlakoztatja, ha új környezetbe viszi, amely melegebb vagy hidegebb, akkor vagy elhalványul, vagy túl világos lesz, és kiég, mert a LED nagyon hőmérséklet érzékeny. a gyártási variációk is változékonyságot okozhatnak. Tehát talán elolvassa mindezt, és azt gondolja: "hát mi van!". ha igen, akkor ekezzen előre, és csatlakoztassa közvetlenül az akkumulátorhoz. egyes alkalmazások esetében ez lehet az út.- Összefoglaló: ezt csak hackelésre használja, ne várja el, hogy megbízható vagy következetes legyen, és várja meg, hogy az út során kigyullad néhány LED.- Egy híres hack, amely ezt a módszert alkalmazza a LED Throwie kiemelkedően jól használható. ez az egyik oka annak, hogy a LED Throwie ilyen jól működik.-ha ezt ténylegesen tápellátású LED-del akarja megtenni, nem pedig 3 centes LED-del, válassza ki az akkumulátor feszültségét, hogy a LED ne legyen teljes teljesítményben. ez a másik oka annak, hogy a LED Throwie ilyen jól működik.

4. lépés: A szerény ellenállás

Ez messze a legelterjedtebb módszer a LED -ek áramellátására. Csak csatlakoztasson egy ellenállást sorba a LED-eivel. Előnyök:- ez a legegyszerűbb módszer, amely megbízhatóan működik- csak egy része van- fillérekbe kerül (valójában kevesebb, mint egy fillér) hátrányai:- nem túl hatékony. az elvesztegetett energiát meg kell cserélnie a következetes és megbízható LED fényerővel. ha kevesebb energiát pazarol az ellenállásba, akkor a LED teljesítménye nem lesz egyenletes.

Hogyan kell csinálni: Sok nagyszerű weboldal létezik, amelyek már elmagyarázzák ezt a módszert. Általában azt akarja kitalálni, hogy- milyen ellenállást kell használni- hogyan kell sorba vagy párhuzamosan csatlakoztatni a LED-eit? Két jó "LED-számológépet" találtam, amelyek lehetővé teszik a LED-ek és a tápegység specifikációinak megadását, és tervezze meg a teljes soros/párhuzamos áramkört és ellenállásokat az Ön számára! számológépek, használja a Power LED Data Handy referencia táblázatot a számológép által kért áram- és feszültségszámokhoz. Íme néhány olcsó a digikey-től: "Yageo SQP500JB" egy 5 wattos ellenállás sorozat.

5. lépés: $ boszorkányos szabályozók

A kapcsolószabályozók, más néven "DC-DC", "buck" vagy "boost" átalakítók, a LED-ek áramellátásának díszes módja. mindent megtesznek, de drágák. pontosan mit "csinálnak"? a kapcsoló szabályozó le- vagy lefelé ("buck") vagy fokozhatja ("boost") a tápegység bemeneti feszültségét a LED-ek táplálásához szükséges feszültségre. az ellenállással ellentétben folyamatosan figyeli a LED áramot, és alkalmazkodik ahhoz, hogy állandó legyen. Mindezt 80-95% -os energiahatékonysággal teszi, függetlenül attól, hogy mekkora a le- vagy fokozás. Előnyök:-következetes LED-teljesítmény a LED-ek és a tápegységek széles skálájához-nagy hatékonyság, általában 80-90% boost konverterekhez és 90-95% buck átalakítókhoz-tápelláthatja a LED-eket mind alacsonyabb, mind magasabb feszültségű tápegységekről (fokozható vagy csökkenthető)-egyes egységek beállíthatják a LED fényerejét-a teljesítmény-LED-ekhez tervezett egységek elérhetők és egyszerűek Hátrányok:- összetett és drága: általában körülbelül 20 dollár egy csomagolt egységért. - saját készítése több alkatrészt és villamosmérnöki készségeket igényel.

Az egyik készenléti eszköz, amelyet kifejezetten a tápfeszültségű LED-ekhez terveztek, a Buckpuck a LED Dynamics-tól. Az egyiket használtam a teljesítményvezérelt fényszóró projektemben, és nagyon elégedett voltam vele. ezek az eszközök a legtöbb LED webáruházban kaphatók.

6. lépés: Az új dolgok !! Állandó áramforrás #1

kezdjük el az új dolgokat! Az első áramkörcsomag minden apró variáció egy szuper-egyszerű állandóáramú forráson. Előnyök:- következetes LED teljesítmény bármilyen tápegységgel és LED-ekkel- körülbelül 1 dollárba kerül- mindössze 4 egyszerű alkatrész csatlakoztatása- a hatékonyság több mint 90% lehet (megfelelő LED-es és tápegység-választással)- sok energiát képes kezelni, 20 Amper vagy több, nincs probléma..- szuper széles működési tartomány: 3V és 60V közötti bemenet „pro”).- az áramkorlát kissé változik a környezeti hőmérséklettel (lehet „pro” is). Összefoglalva tehát: ez az áramkör ugyanúgy működik, mint a lépcsőzetes szabályozó, az egyetlen különbség hogy nem garantálja a 90% -os hatékonyságot. pozitívum, hogy csak 1 dollárba kerül.

Először a legegyszerűbb verzió: "Alacsony költségű állandó áramforrás #1" Ez az áramkör az egyszerű tápellátású LED-es projektemben szerepel. Hogyan működik?- A Q2 (a teljesítmény NFET) változó ellenállás. A Q2 az R1 által bekapcsolva indul.- A Q1 (kis NPN) túláramérzékelő kapcsoló, és az R3 az "érzékelő ellenállás" vagy "beállított ellenállás", amely a Q1-et aktiválja, ha túl sok áram áramlik. A főáram a LED -eken, a Q2 -en és az R3 -on keresztül folyik. Ha túl sok áram folyik át az R3 -on, a Q1 bekapcsol, és elkezdi kikapcsolni a Q2 -t. A Q2 kikapcsolása csökkenti az áramot a LED -eken és az R3 -on. Létrehoztunk tehát egy "visszacsatolási hurkot", amely folyamatosan figyeli a LED áramát, és mindig pontosan a beállított ponton tartja. A tranzisztorok ügyesek, mi!- Az R1 nagy ellenállással rendelkezik, így amikor a Q1 bekapcsol, könnyen felülkerekedik az R1-en. A felesleges teljesítmény elégetésre kerül a Q2 -ben. Így a maximális hatékonyság érdekében úgy szeretnénk beállítani a LED -húrunkat, hogy közel legyen a tápfeszültséghez. Jól fog működni, ha nem tesszük ezt, csak pazaroljuk az energiát. ez valóban az egyetlen hátránya ennek az áramkörnek a léptető kapcsoló szabályozóhoz képest! az áram beállítása! az R3 értéke határozza meg a beállított áramot. Számítások:- A LED-áram megközelítőleg egyenlő: 0,5 / R3- R3 teljesítmény: a teljesítmény az ellenállás által eloszlatott megközelítőleg: 0,25 / R3. válassza ki az ellenállás értékét, amely legalább kétszer olyan teljesítmény, mint a számított, hogy az ellenállás ne égjen fel. tehát 700mA LED áram esetén: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohm. a legközelebbi szabványos ellenállás 0,75 ohm. R3 teljesítmény = 0,25 / 0,71 = 0,35 watt. legalább 1/2 watt névleges ellenállásra lesz szükségünk. Alkalmazott alkatrészek: R1: kicsi (1/4 watt) körülbelül 100 k ohmos ellenállás (például: Yageo CFR-25JB sorozat) R3: nagy (1 watt+) áramkészlet ellenállás. (jó 2 wattos választás: Panasonic ERX-2SJR sorozat) Q2: nagy (TO-220 csomag) N-csatornás logikai szintű FET (például: Fairchild FQP50N06L) Q1: kicsi (TO-92 csomag) NPN tranzisztor (mint például: Fairchild 2N5088BU) Maximális határértékek: az áramforrás egyetlen valós korlátját az NFET Q2 szabja meg. A Q2 kétféle módon korlátozza az áramkört: 1) teljesítményveszteség. A Q2 változó ellenállásként működik, csökkenti a feszültséget a tápegységről, hogy megfeleljen a LED -ek igényeinek. így a Q2 -nek hűtőbordára van szüksége, ha nagy a LED -áram, vagy ha az áramforrás feszültsége jóval magasabb, mint a LED -húr feszültsége. (Q2 teljesítmény = leesett volt * LED áram). A Q2 csak 2/3 wattot képes kezelni, mielőtt valamilyen hűtőbordára van szüksége. nagy hűtőbordával ez az áramkör sok energiát és áramot képes kezelni - valószínűleg 50 watt és 20 amper ezzel a pontos tranzisztorral, de több tranzisztor párhuzamosan is elhelyezhető a nagyobb teljesítmény érdekében. 2) feszültség. a Q2 "G" csapja csak 20 V -ra van méretezve, és ezzel a legegyszerűbb áramkörrel, amely a bemeneti feszültséget 20 V -ra korlátozza (mondjuk 18 V, hogy biztonságos legyen). ha más NFET-et használ, ellenőrizze a "Vgs" minősítést.hőérzékenység: az aktuális alapérték némileg érzékeny a hőmérsékletre. ez azért van, mert a Q1 a trigger, a Q1 pedig hőérzékeny. a fent megadott i részszámítógép az egyik legkevésbé hőérzékeny NPN, amit találni tudok. ennek ellenére talán -30% -os csökkenést vár az aktuális alapértékre, amikor -20 ° C -ról +100 ° C -ra emelkedik. ez a kívánt hatás lehet, megmentheti a Q2 -t vagy a LED -eket a túlmelegedéstől.

7. lépés: Állandó áramforrás csípések: #2 és #3

ezek az enyhe módosítások az #1 áramkörön az első áramkör feszültségkorlátozásával foglalkoznak. 20 V alatt kell tartanunk az NFET -kaput (G -tű), ha 20 V -nál nagyobb áramforrást akarunk használni. kiderül, hogy mi is ezt akarjuk tenni, hogy ezt az áramkört egy mikrokontrollerrel vagy számítógéppel össze tudjuk kötni.

a 2. körben R2 -t adtam hozzá, míg a #3 -ban az R2 -t Z1 diódára cseréltem. a #3. a G -pin feszültséget körülbelül 5 voltra szeretnénk állítani - használjon 4,7 vagy 5,1 voltos Zener diódát (például: 1N4732A vagy 1N4733A) - minden alacsonyabb és Q2 nem tud teljesen bekapcsolni, magasabb és a legtöbb mikrokontrollerrel nem működik. ha a bemeneti feszültség 10V alatt van, kapcsolja az R1-et 22k ohmos ellenállásra, a Zener dióda nem működik, hacsak nem megy át rajta 10uA. ezt a módosítást követően az áramkör 60 V-ot kezel a felsorolt alkatrészekkel, és szükség esetén könnyen megtalálhatja a magasabb feszültségű Q2-t.

8. lépés: Egy kis mikro minden különbséget jelent

Most mi? csatlakozzon egy mikrovezérlőhöz, PWM-hez vagy számítógéphez! most már teljesen digitális, nagy teljesítményű LED-es lámpája van. a mikrovezérlő kimeneti csapjai általában csak 5,5 V-ra vannak méretezve, ezért fontos a Zener dióda. ha a mikrovezérlője 3,3 V vagy kisebb, akkor használja a #4 áramkört, és állítsa be a mikrovezérlő kimeneti tüskéjét „nyitott kollektor” -ra-ez lehetővé teszi, hogy a mikro lehúzza a csapot, de hagyja, hogy az R1 ellenállás húzza 5V-ig, ami a Q2 teljes bekapcsolásához szükséges. - az 5 V -os mikrokapcsoló önmagában is be tudja kapcsolni a Q2 -t. most, hogy PWM vagy mikro van csatlakoztatva, hogyan lehet digitális fényvezérlést végezni? a fényerő megváltoztatásához "PWM": gyorsan be- és kikapcsolja (200 Hz jó sebesség), és megváltoztatja az időzítés és a kikapcsolási idő arányát. ez csak egy néhány sor kód a mikrovezérlőben. Ha csak egy 555 -ös chipet szeretne használni, próbálja meg ezt az áramkört. ennek az áramkörnek a használatához szabaduljon meg az M1 -től, a D3 -tól és az R2 -től, és ezek Q1 -e a mi Q2 -ünk.

9. lépés: Egy másik tompítási módszer

Rendben, akkor talán nem akar mikrokontrollert használni? itt egy másik egyszerű módosítás az "áramkör #1" -en

A legegyszerűbb módja a LED-ek tompításának az aktuális alapérték megváltoztatása. szóval cseréljük az R3 -at! az alább látható módon hozzáadtam R4 és egy kapcsolót az R3 -al párhuzamosan. tehát nyitott kapcsolónál az áramot R3 állítja be, zárt kapcsolónál az áramot az R3 új értéke állítja be párhuzamosan az R4 - több árammal. így most van "nagy teljesítményű" és "alacsony teljesítményű" - tökéletes zseblámpához. Esetleg változtatható ellenállású tárcsát szeretne elhelyezni az R3 számára? sajnos nem gyártják ilyen alacsony ellenállási értékben, ezért ehhez valami bonyolultabbra van szükségünk. (lásd az 1. áramkört az összetevőértékek kiválasztásáról)

10. lépés: Az analóg állítható illesztőprogram

Ez az áramkör lehetővé teszi a fényerő szabályozását, de mikrovezérlő használata nélkül. Teljesen analóg! egy kicsit többe kerül - körülbelül 2 dollár vagy összesen 2,50 dollár - remélem, nem bánja. A fő különbség az, hogy az NFET -et feszültségszabályozóra cserélik. a feszültségszabályozó az NFET-hez hasonlóan csökkenti a bemeneti feszültséget, de úgy van kialakítva, hogy a kimeneti feszültségét a két ellenállás (R2+R4 és R1) közötti arány határozza meg. Az áramkorlátozó áramkör ugyanúgy működik mint korábban, ebben az esetben csökkenti az R2 ellenállását, csökkentve a feszültségszabályozó kimenetét. Ez az áramkör lehetővé teszi a LED -ek feszültségének tetszőleges értékre állítását tárcsával vagy csúszkával, de korlátozza a LED -áramot is, mint korábban nem tudja elfordítani a tárcsát a biztonságos pont mellett. Ezt az áramkört használtam az RGB színvezérelt helyiség/spot világítás projektemben. kérjük, tekintse meg a fenti projektet az alkatrészszámok és az ellenállásértékek kiválasztása érdekében. ez az áramkör 5 V -os bemeneti feszültséggel működhet 28 V -ig, és legfeljebb 5 amper áram (hűtőbordával a szabályozón)

11. lépés: Egy * még egyszerűbb * jelenlegi forrás

rendben van, így kiderül, hogy van még egyszerűbb módja az állandó áramforrás létrehozásának. Az ok, amiért nem tettem az elsőnek, hogy legalább egy jelentős hátránya is van.

Ez nem használ NFET vagy NPN tranzisztorokat, csak egyetlen feszültségszabályozó van. A korábbi két tranzisztoros "egyszerű áramforráshoz" képest ez az áramkör: - még kevesebb alkatrésszel rendelkezik. - sokkal nagyobb "kiesés" 2,4 V, ami jelentősen csökkenti a hatékonyságot, ha csak 1 LED -et táplál. ha 5 LED -et használ, talán nem olyan nagy dolog. - nincs változás az aktuális alapértékben, ha a hőmérséklet változik - kisebb áramkapacitás (5 amper - még mindig elég sok LED -hez)

hogyan kell használni: az R3 ellenállás beállítja az áramot. a képlet a következő: LED áramerősség amperben = 1,25 / R3, tehát 550 mA áramerősség esetén állítsa az R3 értéket 2,2 ohmra, általában teljesítményellenállásra van szüksége, R3 teljesítmény wattban = 1,56 / R3 ennek az áramkörnek az a hátránya, hogy az egyetlen A mikrovezérlővel vagy PWM-mel történő használat módja az, hogy az egészet be- és kikapcsolja egy power FET segítségével. és az egyetlen módja a LED fényerejének megváltoztatására az R3 megváltoztatása, ezért nézze meg az "5. áramkör" korábbi vázlatát, amely bemutatja az alacsony/nagy teljesítményű kapcsoló behelyezését. csap 3 rész: szabályozó: vagy LD1585CV, vagy LM1084IT-ADJ kondenzátor: 10-100u kondenzátor, 6,3 volt vagy nagyobb (például: Panasonic ECA-1VHG470) ellenállás: minimum 2 wattos ellenállás (például: Panasonic ERX-2J sorozat) ezt nagyjából bármilyen lineáris feszültségszabályzóval felépítheted, a felsorolt kettőnek jó általános teljesítménye és ára van. a klasszikus "LM317" olcsó, de a lemorzsolódás még magasabb - ebben az üzemmódban összesen 3,5 volt. ma már sok felületre szerelhető szabályozó van, alacsony kieséssel az alacsony áramerősségű használathoz, ha 1 LED-et kell táplálni az akkumulátorból, akkor érdemes megnézni.

12. lépés: Haha! Van még egyszerűbb út

Szégyellem magam, ha azt mondom, hogy nem én gondoltam erre a módszerre, hanem akkor tudtam meg, amikor szétszedtem egy zseblámpát, amelyben nagy fényerejű LED volt.

-------------- Tegyen egy PTC ellenállást (más néven "PTC visszaállítható biztosítékot") sorba a LED-del. Azta.nem lesz könnyebb ennél. -------------- rendben. Bár egyszerű, ennek a módszernek van néhány hátránya: - A vezetési feszültség csak valamivel lehet magasabb, mint a LED "be" feszültsége. Ennek oka az, hogy a PTC biztosítékokat nem arra tervezték, hogy megszabaduljanak a sok hőtől, ezért elég alacsonyan kell tartani a PTC -n leesett feszültséget. ragaszthatja a ptc -t egy fémlemezre, hogy segítsen egy kicsit. - Nem fogja tudni meghajtani a LED -et maximális teljesítményével. A PTC biztosítékok nem rendelkeznek nagyon pontos "kioldó" árammal. Általában 2 -szeres eltérést mutatnak a névleges kioldási ponttól. Tehát, ha van egy 500 mA -es LED -je, és 500 mA -es PTC -t kap, akkor 500mA és 1000mA között lesz - ez nem biztonságos a LED számára. A PTC egyetlen biztonságos választása kissé alulértékelt. Szerezze be a 250 mA -es PTC -t, akkor a legrosszabb eset 500 mA, amelyet a LED kezelni tud. ----------------- Példa: Egy LED körülbelül 3,4V és 500mA névleges teljesítményéhez. Csatlakoztassa sorba a körülbelül 250 mA névleges PTC -vel. A vezetési feszültségnek körülbelül 4,0 V -nak kell lennie.