Простой линейный регулятор тока Power LED, переработанный и уточненный: 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Эта инструкция по сути является повторением схемы линейного регулятора тока Дэна. Его версия, конечно, очень хороша, но чего-то не хватает ясности. Это моя попытка решить эту проблему. Если вы понимаете и можете создать версию Дэна, моя версия, вероятно, не скажет вам ничего ужасно нового. Однако…… Собирая свой собственный регулятор на основе регулятора Дэна, я продолжал смотреть на его фотографии компонентов и прищуриваться - какой штифт к какому другому контакту подключается? Это связано с этим или нет? Конечно, это простая схема, но я не инженер-электрик, и я не хотел ошибаться… Потому что, даже немного ошибившись, иногда приводит к сносу вещей. Я добавил компонент: переключатель между плюсовым выводом источника питания постоянного тока и остальной частью схемы, чтобы я мог включать и выключать его. Нет причин исключать это, и это очень удобно. Я также должен отметить здесь в начале: какие бы утверждения Дэна ни были об обратном, эта схема НЕ подходит для питания светодиода от источника питания, который значительно превышает падение напряжения светодиода. Я пробовал управлять одним синим светодиодом 3,2 В на 140 мАч (проверенный ток был на самом деле 133 мАч - очень близко) от источника питания, рассчитанного на 9,5 В, и конечным результатом было то, что в течение 60 секунд светодиод начал мигать, а затем, в конце концов, отключение … Он делал это несколько раз с постоянно сокращающимися периодами времени между включением и отказом. Теперь вообще не включается. Сказав это, я также почти непрерывно управлял одним светодиодом высокой мощности RGB в течение месяца, используя другой источник питания, который более точно соответствует падению напряжения светодиода, так что эта схема может работать, вроде, но не всегда, конечно не так, как было обещано изначально, и вполне может испортить ваш индикатор питания по пути. Голос опыта говорит, что он будет работать до тех пор, пока требования ваших светодиодов точно соответствуют мощности в вольтах, поступающей от вашего источника питания. Если вы заметили мерцание, это означает, что светодиод (ы) перегорел и уже необратимо поврежден. Чтобы понять это, мне потребовалось шесть разрушенных светодиодов питания. «Многие ботаны умерли, чтобы донести до нас эту информацию…» Поставки: Вот список поставки Дэна компонентов, слово в слово, но с поправкой на первый элемент (Дэн ошибочно указал номер продукта резистора 10 кОм, а не 100 кОм - список теперь показывает номер для правильного типа). Я также добавил ссылки на упомянутые фактические продукты: - R1: резистор приблизительно 100 кОм (например, Yageo FMP100JR-52-100K) R3: резистор установки тока - см. Ниже Q1: небольшой транзистор NPN (например, Fairchild 2N5088BU)) Q2: большой N-канальный полевой транзистор (например, Fairchild FQP50N06L) Светодиод: светодиод питания (например: Luxeon, 1-ваттная белая звезда, LXHL-MWEC)

- Компонент переключателя S1 должен быть рассчитан на напряжение источника постоянного тока, который вы собираетесь использовать. Например, выключатель на 12 В не будет рассчитан на питание 18 В. Обратите внимание, что Q2 также называют MOSFET, nMOSFET, NMOS, n-канальным MOSFET и n-канальным QFET MOSFET взаимозаменяемо, Q1 также называют транзистором с биполярным переходом NPN или NPN BJT. Дэн не вникает в то, что означает «приблизительно», и не объясняет, как далеко вы можете зайти или на что это повлияет; он также не объясняет «малое» или «большое» и их возможные последствия. К сожалению, я тоже не могу. Похоже, мы застряли в соблюдении этих конкретных компонентов, пока не получим степень в области электротехники. Строгое соблюдение режима кажется единственным разумным вариантом, особенно учитывая хрупкость светодиодов.

Относительно R3:

По словам Дэна, значение R3 в омах должно быть связано с током, при котором вы хотите управлять своим светодиодом (пределы которого уже установлены производителем), так что желаемый ток в амперах = 0,5 / R3.. В таком уравнении большее сопротивление в R3 приведет к меньшему току, протекающему через светодиод. Интуитивно это приводит к выводу, что идеальное сопротивление (то есть полное отсутствие резистора) означало бы, что светодиод не будет работать (0,5 / бесконечность = меньше нуля). На самом деле я вовсе не уверен, что это правда, и мои собственные эмпирические тесты этой схемы показывают, что это не так. Тем не менее, если мы будем действовать по плану Дэна, резистор R3 в 5 Ом будет производить постоянный ток 0,5 / 5 = 0,1 ампера или 100 миллиампер. Большая часть светодиодов питания, похоже, работает около 350 мАч, поэтому для них вам нужно установить значение R3 около 1,5 Ом. Для тех, кто менее знаком с резисторами, имейте в виду, что вы можете установить это 1,5 Ом, используя комбинацию разных резисторов, подключенных параллельно, при условии, что ваш окончательный комбинированный результат составляет 1,5 Ом. Например, если вы используете два резистора, ваше значение R3 будет равно значению резистора 1, умноженному на значение резистора 2, и произведению, разделенному на сумму R1 + R2. Другой пример: 1 резистор 5 Ом, соединенный параллельно с другим резистором, скажем, 3 Ом, дает вам (5x3) / (5 + 3) = 15/8 = 1,875 Ом, что затем приведет к постоянному току в этой цепи 0,5 / 1,875 = 0,226 ампер или 266 мАч.

Резисторы рассчитаны на разные способности рассеивать мощность. Маленькие резисторы могут рассеивать меньше энергии, чем большие, потому что более крупные не сгорают так быстро, если через них проходит слишком большой ток. В этой схеме нельзя использовать резистор поверхностного монтажа, потому что он не справляется с рассеиваемой мощностью. Кроме того, вы не сможете найти резистор «слишком большого размера». Большие / физически большие резисторы просто способны выдерживать большую мощность, чем меньшие. Более крупные могут стоить дороже и занимать больше места, но стоимость обычно незначительна (каждая сломанная стереосистема имеет в себе сотню резисторов с огромной номинальной мощностью), а разница в пространстве составляет порядка кубических миллиметров, поэтому не стесняйтесь ошибаться, проявляя осторожность и используйте самые большие резисторы подходящего сопротивления, какие только сможете найти. Вы можете выбрать один слишком маленький, но нельзя выбрать слишком большой.

Обратите внимание: если у вас есть под рукой нихромовый провод с высоким сопротивлением, вы, вероятно, можете отрезать его до длины, которая будет соответствовать вашим потребностям в сопротивлении, без необходимости использовать несколько резисторов. Вам понадобится омметр, чтобы проверить фактическое значение сопротивления, и имейте в виду, что, вероятно, существует некоторая степень сопротивления (возможно, до 1 Ом) между двумя проводами вашего омметра, как есть: сначала проверьте это с помощью прикоснувшись к ним вместе и посмотрите, что показывает устройство, затем учтите это, когда вы определите, сколько нихромового провода вы собираетесь использовать (если вы обнаруживаете сопротивление 0,5 Ом, когда вы касаетесь проводов омметра вместе, и вам нужно закончить с сопротивлением, скажем, 1,5 Ом на вашем нихромовом проводе, тогда вам понадобится этот провод, чтобы «измерить» 2,0 Ом сопротивления на омметре).

В качестве альтернативы, есть способ использовать немного нихромовой проволоки для завершения этой цепи даже для светодиода, номинальный ток которого вам неизвестен! Когда ваша цепь будет завершена, но без R3, используйте длину нихромовой проволоки, которая определенно длиннее, чем количество сопротивления, которое вам нужно, по крайней мере, на дюйм или два (чем толще этот провод, тем длиннее кусок вам понадобится. Затем включите цепь - ничего не произойдет. Теперь прикрепите электродрель к середине U-образной нихромовой проволоки так, чтобы по мере вращения сверла она начинала наматывать проволоку на сверло. МЕДЛЕННО включите дрель. Если все остальные части схемы подключены правильно, вскоре светодиод загорится очень тускло и станет ярче по мере того, как провод станет короче! Остановитесь, когда свет станет ярким - если провод станет слишком коротким, ваш светодиод перегорит. Однако момент, когда наступил этот момент, всегда легко определить, так что вы рискуете, применив эту технику.

Что касается радиаторов: Дэн также упоминает о возможной важности радиаторов для этого проекта и о необходимости внешнего источника питания постоянного тока напряжением от 4 до 18 вольт (очевидно, усилители не имеют значения для этого источника питания, хотя я не знаю этого для определенный). Если вы работаете с мощным светодиодом, вам понадобится какой-то радиатор, прикрепленный к нему, и, вероятно, вам понадобится один, выходящий за рамки простой алюминиевой «звезды» в виде крыла летучей мыши, поставляемой со многими светодиодами Luxeon. Радиатор для Q2 понадобится только в том случае, если вы используете в цепи более 200 мАч энергии и / или разница напряжений между источником питания постоянного тока и совокупным «падением» напряжения ваших светодиодов является «большим» (если разница больше 2 вольт, я бы обязательно радиатор использовал). Для наиболее эффективного использования любого радиатора также требуется использование небольшого количества термопасты (Arctic Silver считается продуктом высшего класса): очистите радиатор и корпус полевого МОП-транзистора / светодиода спиртом, смажьте гладкой нанесите ТОНКИЙ слой термопасты на каждую поверхность (мне нравится использовать лезвие ножа X-acto для получения абсолютно гладких, ровных и тончайших результатов), затем прижмите поверхности вместе и закрепите одним или несколькими винтами в соответствующем месте. Кроме того, для этой же цели можно использовать несколько видов термоленты. Вот несколько подходящих вариантов радиатора и источника питания для типичной схемы с одним светодиодом (помните, что во многих конфигурациях вам могут понадобиться ДВА радиатора - один для светодиода и один для полевого МОП-транзистора): Радиатор

Относительно блоков питания: Краткое примечание относительно блоков питания: практически все блоки питания где-то на своей упаковке указывают, сколько вольт они будут и сколько ампер они могут выдать. Однако количество вольт почти повсеместно занижено, и практически все блоки питания на самом деле выдают некоторое количество напряжения, превышающее указанное на их упаковке. По этой причине будет важно протестировать любой данный источник питания, который, как утверждается, выдает напряжение около верхнего предела нашего спектра (то есть около 18 вольт), чтобы убедиться, что он на самом деле не выдает слишком большую мощность (25 вольт, вероятно, превышают конструктивные ограничения нашей схемы). К счастью, из-за природы схемы такое завышение напряжения обычно не является проблемой, поскольку схема может управлять широким диапазоном напряжений без повреждения светодиода (-ов).

Шаг 1. Создайте радиатор (и)

Если вам понадобится радиатор для Q2, вам может потребоваться просверлить отверстие в этом радиаторе, чтобы продеть винт через большое отверстие в корпусе полевого МОП-транзистора. Нет необходимости в точном винте, если ваш винт может пройти через отверстие MOSFET, головка винта больше (лишь немного), чем это отверстие, а диаметр отверстия, которое вы создаете в радиаторе, составляет не намного меньше диаметра цилиндра винта. Как правило, если вы используете сверло, диаметр которого близок, но немного меньше диаметра цилиндра вашего винта, вам не составит труда прикрепить полевой МОП-транзистор к радиатору. Резьба на большинстве стальных винтов более чем достаточно прочная, чтобы врезаться в радиатор (при условии, что это алюминий или медь) и тем самым «создать» необходимое резьбовое отверстие. Для сверления алюминия нужно нанести несколько капель очень жидкого машинного масла на кончик сверла (например, 3-в-1 или масла для швейных машин) и прижать сверло с небольшим сильным давлением со скоростью около 600 об / мин и 115 об / мин. дюйм-фунт крутящего момента (хорошо подойдет эта дрель Black & Decker или что-то подобное). Будьте осторожны: это будет очень маленькое неглубокое отверстие, и ваше очень тонкое сверло может сломаться, если слишком долго прикладывать к нему слишком большое давление! Обратите внимание: «корпус» Q2 электрически соединен с выводом «исток» Q2 - если что-либо в вашей цепи касается этого радиатора, кроме корпуса MOSFET, вы можете создать короткое замыкание, которое может вызвать повреждение светодиода. Подумайте о том, чтобы покрыть сторону радиатора, обращенную к вашим проводам, слоем изоленты, чтобы этого не произошло (но не закрывайте радиатор большим количеством этого, чем необходимо, поскольку его цель - отвод тепла от MOSFET к окружающий воздух - изолента является изолятором, а не проводником тепловой энергии).

Шаг 2: Схема

Вот что вам нужно сделать, чтобы создать эту схему:

* Припаяйте положительный провод источника питания к положительному узлу светодиода. Также припаяйте один конец резистора 100 кОм к той же точке (положительный узел светодиода).

* Припаяйте другой конец этого резистора к выводу GATE полевого МОП-транзистора и выводу COLLECTOR меньшего транзистора. Если вы склеили два транзистора вместе и металлическая сторона полевого МОП-транзистора была обращена от вас, а все шесть контактов транзистора были направлены вниз, то вывод GATE и вывод COLLECTOR являются ПЕРВЫМИ ДВУМЯ выводами этих транзисторов, другими словами., припаяйте два крайних левых контакта транзисторов вместе и припаяйте их к неподключенному концу резистора 100 кОм.

* Подключите средний вывод полевого МОП-транзистора, вывод DRAIN, к отрицательному узлу светодиода с помощью провода. Больше к светодиоду ничего прикреплять не будет.

* Подключите вывод BASE небольшого транзистора (т.е. средний вывод) к выводу SOURCE полевого МОП-транзистора (который является его крайним правым выводом).

* Подключите вывод EMITTER (крайний правый вывод) меньшего транзистора к отрицательному проводу источника питания.

* Подключите тот же самый контакт к одному концу R3, резистора (резисторов), который вы выбираете для нужд светодиода.

* Подключите ДРУГОЙ конец этого резистора к ранее упомянутому выводу BASE / SOURCE обоих транзисторов.

Резюме: все это означает, что вы подключаете средний и крайний правый контакты небольшого транзистора друг к другу через резистор R3 и подключаете транзисторы друг к другу дважды напрямую (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) и еще раз косвенно через R3. (ЭМИТТЕР на ИСТОЧНИК). Средний вывод полевого МОП-транзистора, DRAIN, не имеет ничего общего, кроме подключения к отрицательному узлу светодиода. Светодиод подключается к входящему проводу источника питания и к одному концу R1, резистору 100 кОм (другой узел светодиода подключен к выводу DRAIN, как только что упоминалось). Вывод EMITTER подключается непосредственно к отрицательному проводу источника питания, а затем возвращается обратно на себя (на своем собственном выводе BASE) и на полевой МОП-транзистор в третий и последний раз через резистор R3, который также подключается непосредственно к отрицательному проводу блок питания. МОП-транзистор никогда не подключается напрямую ни к отрицательному, ни к положительному проводу источника питания, но он ДОЛЖЕН подключаться к ОБЕИМ из них через каждый из двух резисторов! Между третьим контактом маленького транзистора, его ЭМИТТЕРОМ и отрицательным проводом источника питания нет резистора - он подключается напрямую. На другом конце установки входящий источник питания подключается непосредственно к светодиоду, даже если он может выкачивать слишком много энергии (поначалу), чтобы не сжечь этот светодиод: дополнительное напряжение, которое могло бы нанести этот ущерб, сейчас обратно через резистор 100 кОм и наши транзисторы, которые будут держать его под контролем.

Шаг 3. Включите: устраните неполадки, если необходимо

После того, как радиатор (и) прикреплен, и ваши паяные соединения все прочны, и вы уверены, что ваш светодиод (ы) правильно ориентирован, и вы подключили правильные выводы к правильным проводам, пришло время подключить источник питания постоянного тока и щелкнуть выключателем! В этот момент, вероятно, произойдет одно из трех: светодиод (ы) загорится, как ожидалось, светодиод (ы) кратковременно ярко мигнет, а затем погаснет, или вообще ничего не произойдет. Если вы добились первого из этих результатов, поздравляем! Теперь у вас есть рабочая схема! Пусть это продлится вам очень долго. Если вы получили результат №2, значит, вы только что перегорели свои светодиоды, и вам нужно будет начать заново с новыми (и вам нужно будет повторно оценить свою схему и выяснить, где вы пошли не так, возможно, подключив провод неправильно или пропускаете 2 провода, которые у вас не должны быть). Если вы получили результат №3, значит, с вашей схемой что-то не так. Выключите его, отсоедините источник питания постоянного тока и проверьте подключение к цепи, убедившись, что вы правильно подсоединяете каждый вывод и что все светодиоды правильно ориентированы в цепи. Кроме того, подумайте о том, чтобы дважды проверить известное значение миллиампера вашего светодиода (-ов) и убедиться, что значение, которое вы выбрали и используете для R3, будет обеспечивать достаточный ток для его / их. Дважды проверьте значение R1 и убедитесь, что оно составляет 100 кОм. Наконец, вы можете протестировать Q1 и Q2, но методы для этого выходят за рамки данного Руководства. Опять же: наиболее вероятные причины отсутствия света следующие: 1.) ваш светодиод (ы) ориентирован / ориентирован неправильно - проверьте ориентацию с помощью мультиметра и при необходимости переориентируйте; 2.) у вас где-то в вашей цепи неплотно припаянное соединение - возьмите паяльник и перепаяйте все соединения, которые могут быть ослаблены; 3.) где-то в вашей цепи есть перекрещенный провод - проверьте все провода на предмет коротких замыканий и отделите все, что может касаться - требуется всего лишь один крошечный медный провод, чтобы цепь вышла из строя; 4.) ваш R3 имеет слишком высокое значение, чтобы позволить светодиоду (-ам) работать - подумайте о замене его резистором с меньшим сопротивлением или немного укоротите нихромовый провод; 5.) ваш переключатель не может замкнуть цепь - проверьте мультиметром и исправьте или замените его; 6.) вы ранее повредили светодиод (ы) или один из других компонентов на схеме: ваттный резистор) или достаточно большой радиатор для Q2 или для ваших светодиодов (и Q2, и ваши светодиоды быстро подвергаются потенциальному тепловому повреждению, если не подключены к радиаторам до включения цепи), или б.) пересечение проводов и случайное повреждение светодиода (ов) (обычно это сопровождается клубами дурно пахнущего дыма); или 7.) вы используете Q1 или Q2, которые не подходят для этой схемы. Никакие другие типы резисторов не известны как совместимые замены для этих двух компонентов - если вы попытаетесь создать эту схему из других типов транзисторов, вы должны ожидать, что схема не будет работать. Хотел бы я ответить на технические вопросы, касающиеся конструкции светодиодных схем и драйверов, но, как я уже сказал ранее, я не эксперт, и большая часть того, что вы здесь видите, уже было описано в другом руководстве, написанном кем-то, кто знает больше об этом процессе. чем я. Надеюсь, то, что я вам здесь дал, по крайней мере яснее и яснее, чем другие аналогичные инструкции, доступные на этом сайте. Удачи!

Если ваша схема работает, поздравляем! Прежде чем назвать проект выполненным, убедитесь, что вы удалили остатки флюса из паяных соединений спиртом или другим подходящим растворителем, например толуолом. Если позволить потоку оставаться в вашей цепи, он разъест ваши контакты, повредит ваш нихромовый провод (если вы его используете) и даже может повредить ваш светодиод, если у вас будет достаточно времени. Flux - это здорово, но когда вы закончите с ним, пора идти! Также убедитесь, что, как бы вы ни настроили свой свет на работу, не будет никаких шансов, что какой-либо из его проводов случайно коснется или разорвется при использовании или перемещении цепи. Большой кусок горячего клея можно использовать как своего рода заливочную массу, но лучше использовать настоящую заливочную массу. Незащищенная схема, которая используется для чего угодно, склонна к отказу при наличии достаточного количества времени, а паяные соединения иногда не так стабильны, как нам хотелось бы думать. Чем безопаснее будет ваша последняя схема, тем больше пользы вы получите от нее!