Pulsbreddsmodulerad LED -ficklampa: 8 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:48

Pulsbreddsmodulering (PWM) kan användas för att variera effekt, hastighet eller ljusstyrka på många enheter. Med lysdioder kan PWM användas för att dämpa dem eller göra dem ljusare. Jag kommer att använda dem för att göra en liten handlampa. En LED kan dimmas genom att snabbt slå på och av den flera gånger i sekunden. Genom att variera markutrymme -förhållandet varieras ljusstyrkan. En enkel implementering av ett PWM -system skulle vara en klocka som matar en LED och ett skyddande motstånd till marken. Klockan ska helst svänga med en frekvens på 50Hz för att säkerställa att du inte ser svängningen. För att testa detta kan du antingen använda en signalgenerator för att tillhandahålla en fyrkantvåg, enligt nedan, eller skapa en krets för att göra det åt dig.

Steg 1: Avslappningsoscillator

Denna krets kommer att producera en fyrkantvåg med en driftscykel på 50%. Två 10K -motstånd anslutna till +ingången på op -amp ger en referensspänning, och R1 och C1, anslutna till ingången, skapar en tidskonstant som styr frekvensen, f = 1/{2ln (3) RC}. Kondensatorn C1 laddar och urladdas genom motståndet R1, och den tid det tar för denna cykel att inträffa är vågformens period.

Steg 2: Avslappningsoscillator

Genom att definiera frekvensen i steg 1 kan R1 ersättas med en potentiometer, RP, med ett värde på 2R1 och två dioder. Denna ändring gör det möjligt för arbetscykeln att variera, samtidigt som den bibehåller en konstant frekvens. För allmän PWM av lysdioder behövs ingen absolut precision med frekvensen. Om det finns krav på precision bör den valda potentiometern vara så nära, men högst 2R1, och ett kompensationsmotstånd lika med R1-RP/2. En alternativ lösning är att använda två motstånd i serie med de två dioderna, för att ge en fast och fördefinierad arbetscykel.

Steg 3: Relaxation Oscillator Output

Klocksignalen kan antingen anslutas direkt till en enda lysdiod, men detta tillåter inte att lysdioden styrs av en extern logikkälla. Det kan i stället vara lättare att mata denna utgång till basen på en transistor och sedan använda transistorn för att slå på och stänga av LED: n. Den potentiella avdelaren på transistorns ingång är att minska utsignalen från relaxationsoscillatorn, eftersom i det är avstängt, det kommer fortfarande att mata ut 2v. Detta måste minskas till under 0,7v för att transistorn inte ska slås på, annars lyser lysdioden konstant och kokar.

Steg 4: Öka ljusstyrkan

Den andra användbara tillämpningen av PWM med en LED är att lysdioden kan ha en större än normal ström passerad genom den vilket gör den ljusare. Normalt skulle den här strömmen förstöra lysdioden, men eftersom lysdioden bara är tänd under en bråkdel av tiden ligger den genomsnittliga effekten som matas genom lysdioden inom toleransen. Gränsen för denna ström definieras på tillverkarens datablad för lysdioden, identifierad som framåtpulsström. Det finns också ofta detaljer om minimipulsbredd och arbetscykler. Med hjälp av en vit lysdiod som exempel ges följande specifikationer som: Forward Current = 30mAPulse Forward Current = 150mAPulse Width = <10ms Duty Cycle = <1: 10 Med hjälp av pulsbredd och driftscykelinformation kan relaxationsoscillatorn räknas om med T = 2ln (2) RCA förutsatt att en 10nF kondensator används och som vill ha TON = 10ms och TOFF = 1ms kan följande beräkningar göras och sedan kopplas kretsschemat.

Steg 5: Effektökning

Det andra kravet för att öka ljusstyrkan är att öka strömmen som flödar genom lysdioden. Detta är relativt rakt fram. Om man antar en 5v logisk matning till lysdioden och från databladet är lysdiodens standardspänning 3,6v. Skyddsmotståndet kan beräknas genom att subtrahera LED -spänningen från matningsspänningen och sedan dividera detta med strömmen. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9,3 = 10RI Det är dock troligt att LED -matningskällan kanske inte kan ge en tillräcklig ström på 100mA, även om det är under mycket kort tid. Det kan vara nödvändigt att driva lysdioden via transistorn, möjligen styrd av en annan transistor i serie som också kan bära strömmen. I denna krets bör op-amp: ns spänning användas, eftersom 5v logikförsörjningen kommer att vara för små. Det är ett 0,7v fall över båda transistorerna och 3,6v över lysdioden, totalt 5v, och lämnar ingenting för ett skyddsmotstånd. För brännaren kan styrningen dock placeras över strömförsörjningen för kretsen. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Steg 6: Slutkrets

Nedan är det sista kretsschemat. När den är implementerad kommer en strömbrytare att placeras på strömförsörjningen, och ytterligare fem LED-motståndspar kommer att placeras parallellt med det befintliga paret.

Steg 7: Testkrets

Detta är en enda LED -version av kretsen. Inte särskilt snyggt, men det är en prototyp, och följer kretsschemat från steg 7. Du kan också se från strömförsörjningen att endast 24mA dras, jämfört med 30mA om lysdioden var ansluten normalt. Av den tredje bilden som innehåller två lysdioder framgår det att båda lysdioderna har samma ljusstyrka. Men mycket snabbt blir den direktdrivna lysdioden varm snabbt vilket ger god anledning till PWM.

Steg 8: Färdig fackla

Att överföra kretsen till veroboard är utmanande, särskilt att kondensera relaxationsoscillatorn så att den passar in i höljet. Det viktigaste att kontrollera är att inga trådar korsas eller är tillräckligt lösa för att korsas. Att lägga till ytterligare 5 lysdioder, en strömbrytare i serie med en batterikontakt och sedan placera dessa i ett fodral är mer rakt framåt. Anslutning av strömförsörjningen till batterikontakten för att testa kretsen, den genomsnittliga strömavläsningen var cirka 85mA. Detta är betydligt mindre än 180mA (6*30mA) som ett direktdrivsystem skulle kräva. Jag har inte gått in i detalj med att överföra kretsen från brödbrädan till veroboard eftersom jag har haft som mål att koncentrera mig på teorin bakom detta projekt, snarare än specifikt produktionen. Men som en allmän guide bör du testa kretsen och få den att fungera på brödbrädan och sedan överföra komponenterna till veroboardet, börja med de mindre komponenterna. Om du är kompetent och snabb på lödning kan du säkert löda ett chip direkt till ombord, annars bör du använda en flishållare.