Pulsbredde moduleret LED -brænder: 8 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Pulsbreddemodulation (PWM) kan bruges til at variere effekten, hastigheden eller lysstyrken på mange enheder. Med lysdioder kan PWM bruges til at dæmpe dem eller gøre dem lysere. Jeg vil bruge dem til at lave en lille håndbrænder. En LED kan dæmpes ved hurtigt at tænde og slukke den flere gange i sekundet. Ved at variere mærkrumsforholdet varieres lysstyrken. En simpel implementering af et PWM -system ville være et ur, der fodrer en LED og beskyttelsesmodstand til jorden. Uret skal ideelt set svinge med en frekvens på 50Hz for at sikre, at du ikke vil se svingningen. For at teste dette kan du enten bruge en signalgenerator til at levere en firkantbølge, som nedenfor, eller oprette et kredsløb til at gøre det for dig.

Trin 1: Afslapningsoscillator

Dette kredsløb vil producere en firkantbølge med en driftscyklus på 50%. To 10K modstande forbundet til +indgangen på op -amp'en giver en referencespænding, og R1 og C1, der er forbundet til -inputet, skaber en tidskonstant, der styrer frekvensen, f = 1/{2ln (3) RC}. Kondensatoren C1 oplades og udlades gennem modstanden R1, og den tid, det tager for denne cyklus at forekomme, er bølgeformens periode.

Trin 2: Afslapningsoscillator

Ved at definere frekvensen i trin 1 kan R1 erstattes med et potentiometer, RP, med en værdi på 2R1 og to dioder. Denne ændring vil gøre det muligt for arbejdscyklussen at variere, samtidig med at der opretholdes en konstant frekvens. For generel PWM af lysdioder er der ikke behov for absolut præcision med frekvensen. Hvis der er krav om præcision, skal det valgte potentiometer være så tæt på, men ikke mere end 2R1, og en kompensationsmodstand svarende til R1-RP/2. En alternativ løsning er at bruge to modstande i serie med de to dioder, for at give en fast og på forhånd defineret driftscyklus.

Trin 3: Relaxation Oscillator Output

Ursignalet kan enten tilsluttes direkte til en enkelt LED, men dette tillader ikke, at LED'en styres af en ekstern logisk kilde. Det kan i stedet være lettere at indføre denne udgang til bunden af en transistor og derefter bruge transistoren til at tænde og slukke LED'en. Den potentielle deler på transistorens indgang er at reducere output fra afslapningsoscillatoren, da der i den er slukket, den sender stadig 2v. Dette skal reduceres til under 0,7v for ikke at tænde transistoren, ellers forbliver LED'en konstant tændt og koger.

Trin 4: Forøgelse af lysstyrken

Den anden nyttige anvendelse af PWM med en LED er, at LED'en kan have en større end normal strøm passeret igennem den, hvilket gør den lysere. Normalt ville denne strøm ødelægge LED'en, men da LED'en kun er tændt i en brøkdel af tiden, er den gennemsnitlige strøm, der sættes gennem LED'en, inden for tolerance. Grænsen for denne strøm er defineret på producentens datablad for LED'en, identificeret som fremadgående pulsstrøm. Der er også ofte detaljer om den minimale pulsbredde og driftscyklusser. Ved hjælp af en hvid LED som eksempel er følgende specifikationer angivet som: Fremadgående strøm = 30mAPulse Fremadgående strøm = 150mAPulsebredde = <10ms Driftscyklus = <1: 10 Ved hjælp af oplysninger om pulsbredde og driftscyklus kan afslapningsoscillatoren genberegnes med T = 2ln (2) RCA Forudsat at en 10nF kondensator bruges, og der ønsker TON = 10ms, og TOFF = 1ms, kan følgende beregninger foretages, og derefter tegnes kredsløbsdiagrammet.

Trin 5: Strømforøgelse

Det andet krav for at øge lysstyrken er at øge strømmen, der strømmer gennem LED'en. Dette er relativt ligetil. Forudsat en 5v logisk forsyning til LED'en, og fra databladet er standardspændingen på LED'en 3,6v. Beskyttelsesmodstanden kan beregnes ved at trække LED -spændingen fra forsyningsspændingen og derefter dividere denne med strømmen. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9,3 = 10RI Det er dog sandsynligt, at LED -forsyningskilden muligvis ikke kan levere en tilstrækkelig strøm på 100mA, selvom det er i meget kort tid. Det kan være nødvendigt at tænde LED'en gennem transistoren, muligvis styret af en anden transistor i serie, der også er i stand til at bære strømmen. I dette kredsløb skal op-amp'ens forsyningsspænding bruges, da 5v logisk forsyning også vil være lille. Der er et 0.7v fald over begge transistorer og 3.6v over LED'en på i alt 5v og efterlader intet til en beskyttelsesmodstand. For brænderen kan styringen imidlertid placeres over strømforsyningen til kredsløbet. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Trin 6: Sidste kredsløb

Nedenfor er det sidste kredsløbsdiagram. Når det er implementeret, placeres en switch på strømforsyningen, og yderligere fem LED-modstandspar placeres parallelt med det eksisterende par.

Trin 7: Testkredsløb

Dette er en enkelt LED -version af kredsløbet. Ikke specielt ryddeligt, men det er en prototype, og følger kredsløbsdiagrammet fra trin 7. Du kan også se fra strømforsyningen, at der kun trækkes 24mA, sammenlignet med 30mA, hvis LED'en var tilsluttet normalt. Af det tredje billede, der indeholder to lysdioder, fremgår det, at begge lysdioder har samme lysstyrke. Men meget hurtigt bliver den direkte drevne LED hurtigt varm, hvilket giver god grund til PWM.

Trin 8: Færdig brænder

Overførsel af kredsløbet til veroboard er udfordrende, især at kondensere afslapningsoscillatoren, så den passer ind i sagen. Det vigtigste at kontrollere er, at ingen ledninger krydses eller er løse nok til at krydse. Tilføjelse af yderligere 5 lysdioder, en switch i serie med et batteristik og derefter at placere disse i en kasse er mere ligetil. Tilslutning af strømforsyningen til batteristikket for at teste kredsløbet, den gennemsnitlige strømaflæsning var cirka 85mA. Dette er betydeligt mindre end 180mA (6*30mA), som et direkte drivsystem ville kræve. Jeg er ikke gået i detaljer med at overføre kredsløbet fra brødbrættet til veroboard, da jeg har haft til formål at koncentrere mig om teorien bag dette projekt, snarere end specifikt produktionen. Men som en generel vejledning bør du teste kredsløbet og få det til at fungere på brødbrættet og derefter overføre komponenterne til veroboardet, startende med de mindre komponenter. Hvis du er kompetent og hurtig til at lodde, kan du muligvis sikkert lodde en chip direkte til bord, ellers bør du bruge en chipholder.