High Power LED driver kredsløb: 12 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:30

High-power LED'er: belysningens fremtid!

men … hvordan bruger du dem? hvor får du dem? 1-watt og 3-watt Power LED'er er nu bredt tilgængelige i $ 3 til $ 5-området, så jeg har arbejdet på en masse projekter på det sidste, der bruger dem. i processen bugede det mig, at de eneste muligheder nogen taler om for at køre LED'erne er: (1) en modstand eller (2) en virkelig dyr elektronisk gizmo. nu hvor LED'erne koster $ 3, føles det forkert at betale $ 20 for enheden til at køre dem! Så jeg gik tilbage til min "Analoge kredsløb 101" -bog og fandt ud af et par simple kredsløb til at drive strøm -LED'er, der kun kostede $ 1 eller $ 2. Denne instruktive vil give dig et slag for slag af alle de forskellige typer kredsløb til strømforsyning af store LED'er, alt fra modstande til at skifte forsyninger, med nogle tips om dem alle, og selvfølgelig vil give mange detaljer om min nye enkle strøm LED driver kredsløb og hvornår/hvordan man bruger dem (og jeg har indtil videre 3 andre instruktører, der bruger disse kredsløb). Nogle af disse oplysninger ender med at være ret nyttige til små LED'er også her er mine andre power-LED instruktioner, tjek dem for andre noter og ideer Denne artikel er bragt til dig af MonkeyLectric og Monkey Light cykellampen.

Trin 1: Oversigt / dele

Der er flere almindelige metoder derude til at drive LED'er. Hvorfor al balladen? Det koger ned til dette: 1) LED'er er meget følsomme over for spændingen, der bruges til at drive dem (dvs. strømmen ændrer sig meget med en lille ændring i spændingen) 2) Den nødvendige spænding ændrer sig lidt, når LED'en sættes varm eller kold luft, og også afhængigt af farven på LED'en og fremstillingsdetaljer. så der er flere almindelige måder, hvorpå LED'er normalt drives, og jeg vil gå over hver enkelt i de følgende trin.

Dele Dette projekt viser flere kredsløb til drivende LED'er. for hvert af kredsløbene har jeg i det relevante trin noteret de dele, der er nødvendige, herunder varenumre, som du kan finde på www.digikey.com. for at undgå meget duplikeret indhold diskuterer dette projekt kun specifikke kredsløb og deres fordele og ulemper. for at lære mere om samlingsteknikker og for at finde ud af LED -varenumre, og hvor du kan få dem (og andre emner), henvises til et af mine andre power LED -projekter.

Trin 2: Power LED Performance Data - Praktisk referencekort

Nedenfor er nogle grundlæggende parametre for Luxeon LED'er, som du vil bruge til mange kredsløb. Jeg bruger tallene fra denne tabel i flere projekter, så her sætter jeg dem alle sammen ét sted, som jeg let kan referere til. Luxon 1 og 3 uden strøm (slukningspunkt): hvid/blå/grøn/ cyan: 2,4V fald (= "LED fremspænding") rød/orange/gul: 1,8V dropLuxeon-1 med 300mA strøm: hvid/blå/grøn/cyan: 3,3V fald (= "LED fremspænding") rød/orange /gul: 2,7V dropLuxeon-1 med 800mA strøm (over specifikation): alle farver: 3,8V dropLuxeon-3 med 300mA strøm: hvid/blå/grøn/cyan: 3,3V dropred/orange/gul: 2,5V dropLuxeon-3 med 800mA strøm: hvid/blå/grøn/cyan: 3,8V dråberød/orange/rav: 3,0V dråbe (bemærk: mine test er uenige med specifikationsark) Luxeon-3 med 1200mA strøm: rød/orange/rav: 3,3V dråbe (note: mine test er uenige med specifikationsark) Typiske værdier for almindelige "små" lysdioder med 20mA er: rød/orange/gul: 2,0 V dropgreen/cyan/blå/lilla/hvid: 3,5V dråbe

Trin 3: Direkte strøm

Hvorfor ikke bare tilslutte dit batteri direkte til LED'en? Det virker så simpelt! Hvad er problemet? Kan jeg nogensinde gøre det? Problemet er pålidelighed, konsistens og robusthed. Som nævnt er strømmen gennem en LED meget følsom over for små ændringer i spændingen over LED'en, og også til LED'ens omgivelsestemperatur og også til LED's fremstillingsvariationer. Så når du bare tilslutter din LED til et batteri, har du ingen anelse om, hvor meget strøm der går igennem det. "men hvad så, det lyste, ikke sandt?". ok selvfølgelig. afhængigt af batteriet kan du have alt for meget strøm (lysdioden bliver meget varm og brænder hurtigt ud) eller for lidt (lysdioden er svag). det andet problem er, at selvom lysdioden er lige, når du først tilslutter den, og hvis du tager den til et nyt eller varmere miljø, bliver den enten svag eller for lys og brænder ud, fordi lysdioden er meget temperatur følsom. produktionsvariationer kan også forårsage variation. Så måske læser du alt det, og du tænker: "så hvad!". i så fald skal du pløje fremad og slutte til batteriet. for nogle applikationer kan det være vejen frem.- Resumé: Brug kun dette til hacks, forvent ikke at det er pålideligt eller konsekvent, og forvent at brænde nogle lysdioder undervejs.- Et berømt hack, der sætter denne metode til enestående god brug er LED Throwie. Bemærkninger:- hvis du bruger et batteri, vil denne metode fungere bedst med * små * batterier, fordi et lille batteri virker som om det har en intern modstand i det. Dette er en af grundene til, at LED Throwie fungerer så godt.-Hvis du faktisk vil gøre dette med en power-LED frem for en 3-cent LED, skal du vælge din batterispænding, så LED'en ikke vil være ved fuld effekt. dette er den anden grund til, at LED Throwie fungerer så godt.

Trin 4: Den ydmyge modstand

Dette er langt den mest udbredte metode til at drive LED'er. Tilslut bare en modstand i serie med dine LED (er). Fordele:- dette er den enkleste metode, der fungerer pålideligt- kun har en del- koster øre (faktisk mindre end en krone i mængde) ulemper:- ikke særlig effektiv. du skal afveje spild af strøm mod konsekvent og pålidelig LED -lysstyrke. hvis du spilder mindre strøm i modstanden, får du mindre konsekvent LED-ydeevne.- skal ændre modstand for at ændre LED-lysstyrke- hvis du ændrer strømforsyning eller batterispænding betydeligt, skal du ændre modstanden igen.

Sådan gør du: Der er mange gode websider derude, der allerede forklarer denne metode. Normalt vil du finde ud af:- hvilken værdi af modstand der skal bruges- hvordan du tilslutter dine LED'er i serie eller parallelDer er to gode "LED-lommeregnere", jeg fandt, som giver dig mulighed for bare at indtaste specifikationerne for dine LED'er og strømforsyning, og de vil design den komplette serie/parallelle kredsløb og modstande til dig! https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html? sect = view & n = 1 & path = mods/ledcalc/index_engNår du bruger disse websteder regnemaskiner, brug Power LED Data Handy Reference Chart til de aktuelle og spændingsnumre, som regnemaskinen beder dig om. hvis du bruger modstandsmetoden med power -LED'er, vil du hurtigt få en masse billige effektmodstande! her er nogle billige fra digikey: "Yageo SQP500JB" er en 5-watts modstandsserie.

Trin 5: $ heksende regulatorer

Skiftende regulatorer, også kaldet "DC-til-DC", "buck" eller "boost" -omformere, er den smarte måde at drive en LED på. de gør det hele, men de er dyre. hvad er det de "gør" præcist? Omskifteregulatoren kan enten nedtrappe ("buck") eller trin-up ("boost") strømforsyningens indgangsspænding til den nøjagtige spænding, der er nødvendig for at drive lysdioderne. i modsætning til en modstand overvåger den konstant LED -strømmen og tilpasser sig til at holde den konstant. Det gør alt dette med 80-95% strømeffektivitet, uanset hvor meget trin-ned eller trin-up er. Fordele:-konsekvent LED-ydeevne for en lang række LED'er og strømforsyning- høj effektivitet, normalt 80-90% til boost-omformere og 90-95% for buck-omformere-kan levere LED'er fra både lavere eller højere spændingsforsyninger (trin-op eller trin-ned)-nogle enheder kan justere LED-lysstyrke-pakkede enheder designet til power-LED'er er tilgængelige og lette to useCons:- kompleks og dyr: typisk omkring $ 20 for en pakket enhed. - at lave din egen kræver flere dele og elektroteknikfærdigheder.

En hyldenhed designet specielt til power-LED'er er Buckpuck fra LED Dynamics. Jeg brugte en af disse i mit power-led forlygteprojekt og var ganske tilfreds med det. disse enheder er tilgængelige fra de fleste LED -webshops.

Trin 6: De nye ting !! Konstant strømkilde #1

lad os komme til de nye ting! Det første sæt kredsløb er alle små variationer på en superenkel konstant-strømkilde. Fordele:- konsekvent LED-ydelse med enhver strømforsyning og LED'er- koster omkring $ 1- kun 4 enkle dele at tilslutte- effektiviteten kan være over 90% (med korrekt LED og valg af strømforsyning)- kan klare MASSER af strøm, 20 ampere eller mere intet problem.- lav "frafald"- indgangsspændingen kan være så lidt som 0,6 volt højere end udgangsspændingen.- superbredt driftsområde: mellem 3V og 60V inputCons:- skal ændre en modstand for at ændre LED-lysstyrken- hvis den er dårligt konfigureret, kan den spilde lige så meget strøm som modstandsmetoden- du skal selv bygge den (åh vent, det burde være en 'pro').- strømgrænse ændrer sig lidt med omgivelsestemperatur (kan også være et 'pro'). Så for at opsummere det: dette kredsløb fungerer lige så godt som nedtrapningsregulatoren, den eneste forskel er at det ikke garanterer 90% effektivitet. på plussiden koster det kun $ 1.

Den enkleste version først: "Lavpris konstant strømkilde #1" Dette kredsløb er med i mit enkle strømstyrede lysprojekt. Hvordan fungerer det?- Q2 (en effekt NFET) bruges som en variabel modstand. Q2 starter slået til med R1.- Q1 (en lille NPN) bruges som en overstrømsføler, og R3 er "sansemodstanden" eller "indstillingsmodstanden", der udløser Q1, når der strømmer for meget strøm.- hovedstrømmen er gennem LED'erne, gennem Q2 og gennem R3. Når der strømmer for meget strøm gennem R3, vil Q1 begynde at tænde, hvilket begynder at slukke for Q2. Ved at slukke for Q2 reduceres strømmen gennem LED'erne og R3. Så vi har oprettet en "feedback loop", som løbende overvåger LED -strømmen og holder den nøjagtigt på setpunktet til enhver tid. transistorer er kloge, hva!- R1 har høj modstand, så når Q1 begynder at tænde, overvinder den let R1.- Resultatet er, at Q2 fungerer som en modstand, og dens modstand er altid perfekt indstillet for at holde LED-strømmen korrekt. Enhver overskydende effekt brændes i 2. kvartal. For maksimal effektivitet ønsker vi således at konfigurere vores LED -streng, så den er tæt på strømforsyningsspændingen. Det vil fungere fint, hvis vi ikke gør dette, vi spilder bare strøm. dette er virkelig den eneste ulempe ved dette kredsløb i forhold til en nedtrapningsregulator! indstilling af strømmen! værdien af R3 bestemmer den indstillede strøm. Beregninger:- LED-strøm er omtrent lig med: 0,5 / R3- R3 effekt: effekten spredes af modstanden er cirka: 0,25 / R3. vælg en modstandsværdi mindst 2x den beregnede effekt, så modstanden ikke bliver brændende varm. så for 700mA LED -strøm: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohm. nærmeste standardmodstand er 0,75 ohm. R3 effekt = 0,25 / 0,71 = 0,35 watt. vi skal bruge mindst en 1/2 watt nominel modstand. brugte dele: R1: lille (1/4 watt) cirka 100k-ohm modstand (såsom: Yageo CFR-25JB-serien) R3: stort (1 watt+) nuværende sæt modstand. (et godt 2-watt valg er: Panasonic ERX-2SJR-serien) Q2: stor (TO-220-pakke) N-kanal logisk niveau FET (f.eks.: Fairchild FQP50N06L) Q1: lille (TO-92-pakke) NPN-transistor (såsom: Fairchild 2N5088BU) Maksimumsgrænser: den eneste reelle grænse for det nuværende kildekredsløb pålægges af NFET Q2. Q2 begrænser kredsløbet på to måder: 1) effekttab. Q2 fungerer som en variabel modstand, der reducerer spændingen fra strømforsyningen for at matche behovet for LED'erne. så Q2 har brug for en kølelegeme, hvis der er en høj LED -strøm, eller hvis strømkildespændingen er meget højere end LED -strengspændingen. (Q2 effekt = faldet volt * LED -strøm). Q2 kan kun klare 2/3 watt, før du har brug for en slags kølelegeme. med en stor kølelegeme kan dette kredsløb klare MEGET strøm og strøm - sandsynligvis 50 watt og 20 ampere med denne nøjagtige transistor, men du kan bare sætte flere transistorer parallelt for mere effekt. 2) spænding. "G" -stiften på Q2 er kun klassificeret til 20V, og med dette enkleste kredsløb, der begrænser indgangsspændingen til 20V (lad os sige 18V for at være sikker). hvis du bruger en anden NFET, skal du kontrollere "Vgs" -vurderingen. termisk følsomhed: det aktuelle setpunkt er noget følsomt for temperatur. dette er fordi Q1 er udløseren, og Q1 er termisk følsom. den del nuber, jeg angav ovenfor, er en af de mindst termisk følsomme NPN'er, jeg kunne finde. Alligevel kan du forvente en reduktion på 30% af det aktuelle sætpunkt, når du går fra -20C til +100C. det kan være en ønsket effekt, det kan redde din Q2 eller lysdioder fra overophedning.

Trin 7: Konstant strømkildetilpasninger: #2 og #3

disse små ændringer på kredsløb #1 adresserer spændingsbegrænsningen for det første kredsløb. vi skal holde NFET -porten (G -pin) under 20V, hvis vi vil bruge en strømkilde større end 20V. det viser sig, at vi også vil gøre dette, så vi kan tilslutte dette kredsløb til en mikrokontroller eller computer.

i kredsløb #2 tilføjede jeg R2, mens jeg i #3 erstattede R2 med Z1, en zener -diode. kredsløb #3 er det bedste, men jeg inkluderede #2, da det er et hurtigt hack, hvis du ikke har den rigtige værdi af zener -diode. vi ønsker at indstille G -pin spændingen til cirka 5 volt - brug en 4,7 eller 5,1 volt zenerdiode (såsom: 1N4732A eller 1N4733A) - enhver lavere og Q2 vil ikke være i stand til at tænde helt, højere og det virker ikke med de fleste mikrokontrollere. Hvis din indgangsspænding er under 10V, skift R1 til en 22k-ohm modstand, zener-dioden virker ikke, medmindre der går 10uA igennem den. efter denne ændring håndterer kredsløbet 60V med de anførte dele, og du kan nemt finde en højere spænding Q2, hvis det er nødvendigt.

Trin 8: En lille mikro gør hele forskellen

Hvad nu? tilslut til en mikro-controller, PWM eller en computer! nu har du et fuldt digitalt kontrolleret kraftigt LED-lys. mikro-controllerens udgangsstifter er normalt kun klassificeret til 5,5 V, derfor er zenerdioden vigtig. hvis din mikrokontroller er 3,3 V eller mindre, skal du bruge kredsløb #4 og indstille din mikrocontrollers udgangsstift til at være "åben kollektor"-hvilket gør det muligt for mikroben at trække stiften ned, men lader R1-modstanden trække den op til 5V, som er nødvendig for helt at tænde Q2. hvis din mikro er 5V, så kan du bruge det enklere kredsløb #5, der gør op med Z1, og indstille mikroens output-pin til at være normal pull-up/pull-down-tilstand - 5V mikro kan tænde Q2 helt fint i sig selv. nu hvor du har en PWM eller mikro tilsluttet, hvordan laver du en digital lysstyring? for at ændre lysstyrken på dit lys, "PWM" du det: du blinker hurtigt og hurtigt (200 Hz er en god hastighed), og ændrer forholdet mellem on-time og off-time. dette kan gøres med blot en få linjer kode i en mikro-controller. for at gøre det ved hjælp af bare en '555' chip, prøv dette kredsløb. at bruge det kredsløb slippe af med M1, D3 og R2, og deres Q1 er vores Q2.

Trin 9: En anden dæmpningsmetode

ok, så måske du ikke vil bruge en mikrokontroller? her er endnu en simpel ændring af "kredsløb #1"

den enkleste måde at dæmpe lysdioderne på er at ændre det aktuelle setpunkt. så vi ændrer R3! vist nedenfor, tilføjede jeg R4 og en switch parallelt med R3. så med kontakten åben, indstilles strømmen med R3, med kontakten lukket, strømmen indstilles af den nye værdi på R3 parallelt med R4 - mere strøm. så nu har vi fået "høj effekt" og "lav effekt" - perfekt til en lommelygte. måske du gerne vil sætte en variabel modstandskive til R3? desværre gør de dem ikke til en så lav modstandsværdi, så vi har brug for noget lidt mere kompliceret for at gøre det. (se kredsløb #1 for at vælge komponentværdierne)

Trin 10: Den analoge justerbare driver

Dette kredsløb lader dig justere lysstyrken, men uden at bruge en mikrokontroller. Det er fuldstændig analogt! det koster lidt mere - omkring $ 2 eller $ 2,50 i alt - jeg håber, at du ikke vil have noget imod det. Hovedforskellen er, at NFET er udskiftet med en spændingsregulator. spændingsregulatoren sænker indgangsspændingen meget som NFET gjorde, men den er designet således, at dens udgangsspænding indstilles af forholdet mellem to modstande (R2+R4 og R1). Strømgrænsekredsløbet fungerer på samme måde som før, i dette tilfælde reducerer det modstanden på tværs af R2, sænker output fra spændingsregulatoren. Dette kredsløb lader dig indstille spændingen på LED'erne til en hvilken som helst værdi ved hjælp af en urskive eller skyder, men det begrænser også LED -strømmen som før så du kan ikke dreje skiven forbi det sikre punkt. Jeg brugte dette kredsløb i mit RGB farvekontrollerede rum/spotbelysningsprojekt. se ovenstående projekt for varenumre og valg af modstandsværdi. dette kredsløb kan fungere med en indgangsspænding fra 5V til 28V, og op til 5 ampere strøm (med en kølelegeme på regulatoren)

Trin 11: En * endnu enklere * nuværende kilde

ok, så det viser sig, at der er en endnu enklere måde at lave en konstant-strømkilde på. grunden til, at jeg ikke satte det først, er, at det også har mindst en væsentlig ulempe.

Denne bruger ikke en NFET- eller NPN -transistor, den har bare en enkelt spændingsregulator. Sammenlignet med den tidligere "simple strømkilde" ved hjælp af to transistorer har dette kredsløb: - endnu færre dele. - meget højere "frafald" på 2,4V, hvilket vil reducere effektiviteten betydeligt, når der kun drives 1 LED. hvis du driver en streng på 5 LED'er, er det måske ikke så meget. - ingen ændring i det aktuelle setpunkt, når temperaturen ændres - mindre strømkapacitet (5 ampere - stadig nok til mange LED'er)

hvordan man bruger det: modstand R3 indstiller strømmen. formlen er: LED -strøm i ampere = 1,25 / R3 så for en strøm på 550mA, indstil R3 til 2,2 ohm skal du normalt bruge en effektmodstand, R3 effekt i watt = 1,56 / R3 dette kredsløb har også den ulempe, at den eneste måde at bruge den med en mikro-controller eller PWM er at tænde og slukke det hele med en power FET. og den eneste måde at ændre LED -lysstyrken på er at ændre R3, så se den tidligere skema for "kredsløb #5", der viser tilføjelse af en lav/høj effektkontakt. regulator pinout: ADJ = pin 1 OUT = pin 2 IN = pin 3 dele: regulator: enten LD1585CV eller LM1084IT-ADJ kondensator: 10u til 100u kondensator, 6,3 volt eller større (såsom: Panasonic ECA-1VHG470) modstand: et minimum på 2 watt modstand (f.eks.: Panasonic ERX-2J-serien) du kan bygge dette med stort set enhver lineær spændingsregulator, de to anførte har en god generel ydeevne og pris. den klassiske "LM317" er billig, men frafaldet er endnu højere - 3,5 volt i alt i denne tilstand. der er nu mange overflademonteringsregulatorer med ultra-lave dropouts til lav strømbrug, hvis du har brug for at drive 1 LED fra et batteri, kan disse være værd at undersøge.

Trin 12: Haha! Der er en endnu lettere måde

Jeg er flov over at sige, at jeg ikke selv tænkte på denne metode, jeg lærte om det, da jeg demonterede en lommelygte, der havde en høj lysstyrke LED inde i den.

-------------- Sæt en PTC-modstand (også kaldet en "PTC-genindstillelig sikring") i serie med din LED. wow.bliver ikke lettere end det. -------------- Okay. Selvom den er enkel, har denne metode nogle ulemper: - Din kørselsspænding kan kun være lidt højere end LED "tændt" spændingen. Dette skyldes, at PTC -sikringer ikke er designet til at slippe af med meget varme, så du skal holde den faldende spænding over PTC -en forholdsvis lav. du kan lime din ptc til en metalplade for at hjælpe lidt. - Du kan ikke køre din LED med maksimal effekt. PTC -sikringer har ikke en meget nøjagtig "trip" -strøm. Typisk varierer de med en faktor 2 fra det vurderede turpunkt. Så hvis du har en LED, der har brug for 500mA, og du får en PTC, der er klassificeret til 500mA, ender du med alt fra 500mA til 1000mA - ikke sikkert for LED'en. Det eneste sikre valg af PTC er lidt undervurderet. Få 250mA PTC, så er din worst case 500mA, som LED'en kan klare. ----------------- Eksempel: For en enkelt LED med en værdi på omkring 3,4V og 500mA. Tilslut i serie med en PTC med en værdi på omkring 250 mA. Drivspændingen skal være omkring 4,0V.