Enkel Power LED Linear Current Regulator, reviderad och förtydligad: 3 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Denna instruerbara är i huvudsak en upprepning av Dans linjära strömregulatorkrets. Hans version är mycket bra, förstås, men saknar något i tydligheten. Detta är mitt försök att ta itu med det. Om du förstår och kan bygga Dans version kommer min version förmodligen inte att berätta något fruktansvärt nytt. Men … … När jag monterade min egen regulator baserad på Dan, fortsatte jag titta på hans fotografier av komponenterna och kisade- vilken stift ansluter till vilken annan stift ?? Är detta kopplat till det eller inte? Det är naturligtvis en enkel krets, men jag är ingen elingenjör och jag ville inte göra det fel … För att det blir fel, även om det är lite, ibland gör att saker blir ofullkomliga. Jag har lagt till en komponent: en omkopplare mellan DC -strömförsörjningens positiva ledning och resten av kretsen så att jag kan slå på och av den. Ingen anledning att utesluta det, och det är väldigt praktiskt. Jag bör också notera här i början: oavsett vad "Dan" påstår kan vara motsatsen, är denna krets INTE i slutändan väl lämpad för att driva en lysdiod från en strömförsörjning som är betydligt över spänningsfallet för lysdioden. Jag har försökt köra en enda 3,2V blå lysdiod på 140 mAh (testad ström var faktiskt 133 mAh- mycket nära) från en strömförsörjning som var 9,5 volt och slutresultatet var att inom 60 sekunder började lysdioden flimra och så småningom stäng av … Det gjorde detta flera gånger med ständigt minskande tidsperioder mellan start och fel. Nu kommer den inte att slås på alls. Med detta sagt har jag också kört en enda RGB-högeffekt-LED nästan kontinuerligt i en månad nu med en annan strömförsörjning som närmare matchar LED-spänningsfallet- så att denna krets kan fungera, typ, men inte alltid, säkert inte som ursprungligen utlovat, och kan mycket väl förstöra din ström -LED på vägen. Erfarenhetens röst här säger att det kommer att fungera så länge kraven från dina lysdioder matchar kraften i volt som kommer från din strömförsörjning. Om du märker flimmer betyder det att lysdioderna/lamporna brinner ut och redan är permanent skadade. Det har tagit mig sex förstörda lysdioder för att ta reda på detta. "Många Bothans dog för att ge oss den här informationen …" Tillbehör: Här är Dans leveranslista över komponenter, ord för ord men korrigerad för det första objektet (Dan hade av misstag gett produktnumret på ett 10K ohm-motstånd, inte ett 100K ohm- listan visar nu ett nummer för rätt typ). Jag har också lagt till länkar till de faktiska produkterna som nämns:-R1: cirka 100k-ohm-motstånd (t.ex.) Q2: stor N-kanal FET (t.ex. Fairchild FQP50N06L) LED: power LED (t.ex. Luxeon 1-watts vit stjärna LXHL-MWEC)

- Brytarkomponenten, S1, bör vara märkt med spänningen på likströmsspänningen du ska använda. En 12V -omkopplare, till exempel, kommer inte att vara konstruerad för att hantera 18V ström. Observera att Q2 också kallas en MOSFET, en nMOSFET, en NMOS, en n-kanal MOSFET och en n-kanal QFET MOSFET omväxlande, Q1 kallas också en NPN bipolär övergångstransistor eller NPN BJT. Dan går inte in på vad "ungefär" betyder, inte heller förklarar han hur långt bort du kan gå eller vad detta kommer att påverka; han förklarar inte heller "liten" eller "stor" och de effekter de kan ha. Tyvärr kan inte jag heller. Det verkar som om vi fastnar vid dessa specifika komponenter om vi inte tar en examen i elektroteknik. Speciellt med tanke på den inblandade lysdioden verkar strikt efterlevnad det enda rimliga alternativet.

Angående R3:

Enligt Dan måste värdet för R3 i ohm relateras till den ström som du vill driva din LED (vars gränser redan har ställts in av tillverkaren) så att din önskade ström i ampere = 0,5/R3. I en sådan ekvation kommer större motstånd i R3 att resultera i att mindre ström drivs genom lysdioden. Intuitivt leder detta till slutsatsen att perfekt motstånd (dvs. frånvaro av något motstånd alls) skulle innebära att lysdioden inte skulle fungera (0,5/oändlighet = mindre än noll). Jag är faktiskt inte alls säker på att detta är sant, och mina egna empiriska tester av denna krets indikerar att det inte är så. Men om vi fortsätter enligt Dans plan kommer en R3 på 5 ohm att producera en konstant ström på 0,5/5 = 0,1 ampere eller 100 miliamp. En stor andel ström -lysdioder verkar gå runt 350 mAh, så för dessa måste du fastställa ett R3 -värde på ungefär 1,5 ohm. För dem som är mindre bekanta med motstånd, kom ihåg att du kan fastställa att 1,5 ohm genom att använda en kombination av olika motstånd parallellt, så länge ditt slutliga kombinerade resultat är 1,5 ohm motstånd. Om du till exempel använder två motstånd kommer ditt R3 -värde att vara lika med värdet på motstånd 1 multiplicerat med värdet på motstånd 2 och produkten dividerat med summan av R1+R2. Ett annat exempel: 1 motstånd på 5 ohm kombinerat parallellt med ett annat av, säg 3 ohm, ger dig (5x3)/(5+3) = 15/8 = 1,875 ohm vilket skulle resultera i en konstant ström i denna krets av 0,5/1,875 = 0,226 ampere eller 266 mAh.

Motstånd är betygsatta för olika förmågor att sprida ström. Små motstånd kan släppa ut mindre effekt än större eftersom större inte förbränns lika snabbt om det går för mycket ström genom dem. Du kan inte använda ett ytmonterat motstånd i denna krets eftersom det inte kan hantera effektförlusten. Du kommer inte heller att kunna hitta ett motstånd som är "för stort". Större/ fysiskt större motstånd klarar bara mer effekt än mindre. Större kan kosta mer att få och kommer att ta mer utrymme, men kostnaden är vanligtvis försumbar (varje trasig stereo har hundra motstånd i den med enorma effektvärden) och skillnaden i rymden är i storleksordningen kubik millimeter, så känn dig fri att ta fel på sidan av försiktighet och använd de största motstånden för lämpligt motstånd som du kan hitta. Du kan välja en för liten, men det är omöjligt att välja en för stor.

Observera att om du råkar ha någon nichrom högmotståndstråd till hands kan du förmodligen klippa den till en längd som motsvarar dina motståndsbehov utan att behöva futz med flera motstånd. Du behöver en Ohm -mätare för att testa det faktiska motståndsvärdet och kom ihåg att det förmodligen finns en viss grad av motstånd (kanske så mycket som 1 ohm) mellan de två ledningarna på din Ohm -mätare som det är: testa detta först med vidröra dem tillsammans och se vad enheten läser, redogör sedan för detta när du bestämmer hur mycket nichromtråd du ska använda (om du upptäcker 0,5 ohm motstånd när du vidrör trådarna på din Ohm -mätare tillsammans och du måste avsluta upp med, säg, 1,5 ohm motstånd på din nichromtråd, då behöver du den tråden för att "mäta" 2,0 ohm motstånd för dig på Ohm -mätaren).

Alternativt finns det också ett sätt att använda lite nikromtråd för att slutföra denna krets även för en LED vars märkström du inte känner till! När din krets är klar men saknar R3, använd en längd av nikromtråd som definitivt är längre än den resistans du behöver med minst en tum eller två (ju tjockare denna tråd, desto längre bit behöver du. Slå sedan på kretsen- ingenting kommer att hända. Fäst nu en borrmaskin i mitten av nikromtrådens U så att när borren vrider sig börjar den linda tråden runt en borr. Slå på långsamt på borrningen. Om alla andra delar kretsen är rätt ansluten, tänds lysdioden snart väldigt svagt och blir ljusare när tråden blir kortare! Stanna när lampan är stark- om tråden blir för kort kommer din lysdiod att brinna ut. t nödvändigtvis lätt att bedöma när detta ögonblick har uppnåtts, dock, så du kommer att ta dina chanser med denna teknik.

När det gäller kylflänsar: Dan nämner också den möjliga betydelsen av kylflänsar för detta projekt, och behovet av en extern DC -strömförsörjning på mellan 4 och 18 volt (tydligen spelar ampere ingen roll för denna strömförsörjning, även om jag inte vet detta för vissa). Om du använder en power -LED, behöver du någon form av kylfläns som är ansluten till den, och kommer förmodligen att behöva en utanför ramen för den enkla aluminiumstjärnan "stjärna" som finns med många Luxeon -lysdioder. Du behöver bara ett kylfläns för Q2 om du driver mer än 200 mAh ström genom din krets och/ eller spänningsskillnaden mellan din likström och det kombinerade spänningsfallet för dina lysdioder är "stort" (om skillnaden är mer än 2 volt, skulle jag vara säker på att använda en kylfläns). Den mest effektiva användningen av alla kylflänsar kräver också användning av en liten mängd termiskt fett (Arctic Silver anses vara en avancerad produkt): rengör både kylflänsen och kroppen på MOSFET/ LED med alkohol, smörj en slät, jämnt, TUNT lager av termiskt fett över varje yta (jag gillar att använda ett X-acto-knivblad för det absolut jämnaste, jämnaste, tunnaste resultatet), tryck sedan ihop ytorna och säkra med en eller flera skruvar på rätt plats. Alternativt finns det flera typer av termisk tejp som också kommer att tjäna samma syfte. Här är några lämpliga alternativ för ett kylfläns och strömförsörjning för en typisk enkel-LED-installation (kom ihåg, du kan behöva TVÅ kylflänsar- en för LED och en för MOSFET- i många inställningar): Kylfläns Strömförsörjning

När det gäller strömförsörjning: Snabb notering när det gäller strömförsörjning: i stort sett alla strömförsörjningar anger någonstans på förpackningen hur många volt de kommer och ampere de kan leverera. Antalet volt är dock nästan universellt underskattat och praktiskt taget alla nätaggregat levererar faktiskt en viss spänning som är större än vad som anges på förpackningen. Av denna anledning kommer det att vara viktigt att testa en given strömförsörjning som påstår sig leverera volt nära den övre änden av vårt spektrum (dvs nära 18 volt) för att se till att den faktiskt inte levererar för mycket effekt (25 volt skulle sannolikt överskrider konstruktionsbegränsningarna för vår krets). Lyckligtvis, på grund av kretsens beskaffenhet, kommer denna överdrivning av spänning vanligtvis inte att vara ett problem eftersom kretsen kan hantera ett stort antal spänningar utan att skada lysdioderna.

Steg 1: Skapa kylflänsar

Om du kommer att behöva ett kylfläns för din Q2 kan du behöva borra ett hål i kylflänsen för att driva en skruv genom det stora hålet i MOSFET: s kropp. Det behövs ingen exakt skruv så länge din skruv klarar att passera genom MOSFET -hålet, skruvhuvudet är större (endast något) än det här hålet och diametern på hålet du skapar i kylflänsen är inte mycket mindre än diametern på skruvens cylinder. Generellt, om du använder en borr vars diameter är nära men något mindre än din skruvs cylinderdiameter, har du inga problem med att fästa MOSFET på kylflänsen. Gängorna på de flesta stålskruvarna är mer än starka nog att klippa in i ett kylfläns (förutsatt att det är aluminium eller koppar) och därigenom "skapa" det nödvändiga gängade hålet. Borrning i aluminium bör göras med några droppar mycket tunn maskinolja på spetsen av borrkronan (t.ex. 3-i-ett eller en symaskinolja) och borren pressas ner med försiktigt fast tryck vid cirka 600 varv / min och 115 in-lbs vridmoment (denna Black & Decker-borr eller något liknande fungerar bra). Var försiktig: detta kommer att vara ett mycket litet, grunt hål och din mycket tunna borrkrona kan gå sönder om det läggs för mycket tryck på den för länge! Observera väl: "kroppen" på Q2 är elektriskt ansluten till "källans" stift på Q2- om något i din krets berör denna kylfläns annat än MOSFET: s kropp, kan du skapa en elektrisk kortslutning som kan blåsa din LED. Överväg att täcka sidan av kylflänsen som vetter mot dina ledningar med ett lager av tejp för att förhindra att detta händer (men omslut inte kylflänsen med mer av detta än nödvändigt, eftersom dess syfte är att flytta värme från MOSFET till omgivande luft- elektrisk tejp är en isolator, inte en ledare, för värmeenergi).

Steg 2: Kretsen

Här är vad du behöver göra för att skapa denna krets:

* Löd den positiva ledningen till din strömförsörjning till den positiva noden på din LED. Löd också ena änden av 100K -motståndet till samma punkt (den positiva noden på lysdioden).

* Löd den andra änden av det motståndet till GATE -stiftet på MOSFET och COLLECTOR -stiftet på den mindre transistorn. Om du hade limmat ihop de två transistorerna och hade MOSFET: s metallsida vänd bort från dig med alla sex transistorstiften pekande nedåt, är GATE-stiftet och COLLECTOR-stiftet de första två stiften på dessa transistorer- med andra ord, löd ihop de två vänstra stiften på transistorerna tillsammans och löd dem till den icke anslutna änden av 100K -motståndet.

* Anslut MOSFETens mittstift, DRAIN -stiftet, till den negativa noden på lysdioden med en tråd. Inget mer kommer att anslutas till lysdioden.

* Anslut BASE -stiftet på den lilla transistorn (dvs mittstiftet) till MOSFET -källan (som är dess högra stift).

* Anslut EMITTER -stiftet (den högra stiftet) på den mindre transistorn till den negativa ledningen på din strömförsörjning.

* Anslut samma stift till ena änden av R3, ditt motstånd (er) för din LED: s behov.

* Anslut den ANDRA änden av det motståndet till den tidigare nämnda BASE -stiftet/ SOURCE -stiftet på båda transistorerna.

Sammanfattning: allt detta betyder att du ansluter den lilla transistorns mitt- och längst till höger stift till varandra via R3 -motståndet och ansluter transistorerna till varandra två gånger direkt (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) och än en gång indirekt via R3 (EMITTER to SOURCE). MOSFETens mittstift, DRAIN, har inget annat att göra än att ansluta till den negativa noden på din LED. Lysdioden ansluter till din inkommande strömkabel och till ena änden av R1, 100K -motståndet (den andra noden på lysdioden är ansluten till DRAIN -stiftet, som nyss nämnts). EMITTER -stiftet ansluts direkt till den negativa kabeln på din strömförsörjning och slingrar sedan tillbaka på sig själv (med sin egen BASE -stift) och till MOSFET för tredje och sista gången via R3 -motståndet som också ansluts direkt till den negativa kabeln på strömförsörjningen. MOSFET ansluter aldrig direkt till antingen de negativa eller positiva ledningarna i strömförsörjningen, men den ANSLUTAR Båda dem via vart och ett av de två motstånden! Det finns inget motstånd mellan den lilla transistorns tredje stift, dess EMITTER och den negativa ledningen i strömförsörjningen- den ansluts direkt. I andra änden av installationen ansluter den inkommande strömförsörjningen direkt till lysdioden, även om den kan pumpa ut för mycket ström (först) för att inte bränna ut den lysdioden: den extra spänningen som skulle ha gjort denna skada är dirigeras tillbaka genom 100K -motståndet och genom våra transistorer som kommer att hålla det i schack.

Steg 3: Slå på den: Felsök om det behövs

När kylflänsen / kopplarna är anslutna och dina lödfogar är fasta och du är säker på att dina lysdioder (er) är riktade korrekt och du har anslutit rätt ledningar till rätt ledningar, är det dags att ansluta strömförsörjningen och vrid omkopplaren! Vid denna tidpunkt kommer sannolikt en av tre saker att hända: LED -lamporna tänds som förväntat, LED -lamporna blinkar kort och sedan blir mörka, eller så händer ingenting alls. Om du får det första av dessa resultat, grattis! Du har nu en fungerande krets! Må det hålla dig väldigt länge. Om du får resultat nr 2, har du precis blåst dina LED-lampor och måste börja om med helt nya (och du måste omvärdera din krets och ta reda på var du gick fel, antagligen genom att antingen ansluta en tråd felaktigt eller låta 2 trådar korsas som du inte borde ha). Om du får resultat #3 är det något fel på din krets. Stäng av den, koppla ur DC-strömförsörjningen och gå över din kretsanslutning-för-anslutning och se till att du kopplar varje kabel korrekt och att dina lysdioder är alla riktade korrekt i kretsen. Överväg också att dubbelkolla det kända miliamp -värdet för dina LED -lampor och se till att det värde du har valt och använder för R3 ger tillräckligt med ström för att driva det/ dem. Dubbelkolla värdet på R1 och se till att det är 100k ohm. Slutligen kan du testa Q1 och Q2, men metoderna för att göra detta ligger utanför ramen för denna Instructable. Återigen: de troligaste orsakerna till att inget ljus tänds är följande: 1.) dina LED-lampor är/ är inte riktade korrekt- kontrollera riktningen med hjälp av multimetern och rikta om nödvändigt; 2.) du har en lös lödfog någonstans i din krets- ta ett lödkolv och löd om eventuella kopplingar som kan vara lösa; 3.) du har en korsad tråd någonstans i din krets. Kontrollera alla ledningar efter kortslutningar och separera alla som kan komma att beröra. Det tar bara en liten lös koppartråd någonstans för att få kretsen att gå sönder; 4.) din R3 har ett för högt värde för att LED-lamporna ska fungera- överväg att ersätta den med ett motstånd med lägre motstånd, eller förkorta din nichromtråd något; 5.) din omkopplare misslyckas med att stänga kretstestet med multimetern och fixa eller byta ut den; 6.) du har tidigare skadat lysdioden eller en av de andra komponenterna i diagrammet genom att antingen: a.) Inte använda tillräckligt stora motstånd (dvs ett motstånd med tillräcklig watt-R3 bör vara minst 0,25 wattmotstånd) eller ett tillräckligt stort kylfläns för Q2 eller för dina lysdioder (både Q2 och dina lysdioder utsätts snabbt för potentiella värmeskador om de inte är anslutna till kylflänsar innan du slår på kretsen), eller; b.) att korsa ledningar och skada din LED (er) av misstag (detta åtföljs vanligtvis av en pust av illaluktande rök); eller 7.) du använder en Q1 eller Q2 som inte är korrekt för denna krets. Inga andra typer av motstånd är kända kompatibla ersättningar för dessa två komponenter- om du försöker skapa denna krets från andra typer av transistorer bör du förvänta dig att kretsen inte fungerar. Jag önskar att jag kunde svara på tekniska frågor angående konstruktion av LED -kretsar och drivrutiner, men som jag har sagt tidigare är jag inte expert och det mesta av det du ser här var redan täckt av en annan instruerbar skriven av någon som vet mer om denna process än jag gör. Förhoppningsvis är det jag har gett dig här åtminstone tydligare och mer tydligt än andra liknande instruktioner som finns tillgängliga på denna webbplats. Lycka till!

Om din krets fungerar, grattis! Innan du kallar projektet färdigt, se till att du tar bort eventuellt kvarvarande flöde från dina lödfogar med gnidningsalkohol eller annat lämpligt lösningsmedel, såsom toluen. Om flödet får stanna kvar på din krets kommer det att korrodera dina stift, skada din nichromtråd (om du använder en) och kan till och med skada din LED med tillräckligt med tid. Flux är bra, men när du är klar med det måste det gå! Var också säker på att hur du än ställer in ditt ljus för att fungera, att det inte kommer att finnas någon chans att någon av dess ledningar av misstag kommer att röra sig eller lossna när kretsen används eller flyttas. En stor kula varmt lim kan användas som ett slags grytförening, men den verkliga krukmassan skulle vara bättre. En oskyddad krets som används för allt är benägen att misslyckas med tillräckligt med tid, och lödfogar är ibland inte så stabila som vi skulle tro att de är. Ju säkrare din sista krets är, desto mer nytta får du ut av den!