Светодиодный фонарик с широтно-импульсной модуляцией: 8 ступеней

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:55

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) может использоваться для изменения мощности, скорости или яркости многих устройств. Со светодиодами можно использовать ШИМ, чтобы уменьшить их яркость или сделать их ярче. Я буду использовать их для изготовления небольшого ручного фонарика. Светодиод можно затемнить, быстро включив и выключив его несколько раз в секунду. Изменяя соотношение пространства меток, можно изменять яркость. Простая реализация системы ШИМ - это часы, питающие светодиод и защитный резистор на землю. В идеале часы должны колебаться с частотой 50 Гц, чтобы гарантировать, что вы не увидите колебание. Чтобы проверить это, вы можете использовать генератор сигналов для создания прямоугольной волны, как показано ниже, или создать схему, которая сделает это за вас.

Шаг 1: Осциллятор релаксации

Эта схема будет генерировать прямоугольную волну с рабочим циклом 50%. Два резистора 10 кОм, подключенные к входу + операционного усилителя, обеспечивают опорное напряжение, а R1 и C1, подключенные к входу -, создают постоянную времени, которая регулирует частоту, f = 1 / {2ln (3) RC}. Конденсатор C1 заряжается и разряжается через резистор R1, и время, необходимое для возникновения этого цикла, является периодом формы волны.

Шаг 2: Осциллятор релаксации

Определив частоту на шаге 1, R1 можно заменить потенциометром RP со значением 2R1 и двумя диодами. Это изменение позволит изменять рабочий цикл, сохраняя при этом постоянную частоту. Для целей общей ШИМ светодиодов нет необходимости в абсолютной точности с частотой. Если требуется точность, то выбранный потенциометр должен быть как можно ближе, но не более 2R1, а компенсационный резистор равен R1-RP / 2. Альтернативным решением является использование двух резисторов, последовательно соединенных с двумя диодами., чтобы задать фиксированный и заранее заданный рабочий цикл.

Шаг 3: Выход осциллятора релаксации

Тактовый сигнал может быть подключен напрямую к одному светодиоду, но это не позволит управлять светодиодом от внешнего логического источника. Вместо этого может быть проще подать этот выход на базу транзистора, а затем использовать транзистор для включения и выключения светодиода. Делитель потенциала на входе транзистора должен уменьшить выход релаксационного генератора, поскольку в это выключенное состояние, он все равно будет выводить 2В. Это нужно уменьшить до уровня ниже 0,7 В, чтобы не включить транзистор, иначе светодиод будет гореть постоянно и готовиться.

Шаг 4: Увеличение яркости

Другое полезное применение ШИМ со светодиодом заключается в том, что через светодиод может проходить ток, превышающий нормальный, что делает его ярче. Обычно этот ток разрушает светодиод, но, поскольку светодиод горит лишь часть времени, средняя мощность, проходящая через светодиод, находится в пределах допуска. Предел этого тока определен в паспорте производителя для светодиода. как прямой импульсный ток. Также часто приводятся подробные сведения о минимальной ширине импульса и рабочих циклах. На примере белого светодиода приведены следующие характеристики: Прямой ток = 30 мА, Прямой ток в импульсе = 150 мА, Ширина импульса = <10 мс, Рабочий цикл = <1:10. Используя информацию о ширине импульса и рабочем цикле, релаксационный осциллятор можно пересчитать с T = 2ln (2) RC Если используется конденсатор емкостью 10 нФ и требуется TON = 10 мс и TOFF = 1 мс, можно выполнить следующие вычисления, а затем нарисовать принципиальную схему.

Шаг 5: Увеличение мощности

Другим требованием для увеличения яркости является увеличение тока, протекающего через светодиод. Это относительно просто. Предполагая, что на светодиод подается логика 5 В, а стандартное напряжение светодиода, указанное в паспорте, составляет 3,6 В. Защитный резистор можно рассчитать, вычтя напряжение светодиода из напряжения питания, а затем разделив его на ток: R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R. = 9,3 = 10R Однако вероятно, что источник питания светодиода не сможет обеспечить достаточный ток в 100 мА, даже если это будет в течение очень короткого времени. Может потребоваться питание светодиода через транзистор, возможно, управляемый другим транзистором, включенным последовательно, также способным пропускать ток. В этой схеме следует использовать напряжение питания операционного усилителя, так как питание логики 5 В будет слишком большим. небольшой. Падение напряжения на обоих транзисторах составляет 0,7 В, а на светодиодах 3,6 В, всего 5 В, и ничего не остается для защитного резистора. Однако для горелки управление может быть расположено над источником питания для цепи. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7 vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Шаг 6: Заключительный круг

Ниже представлена окончательная принципиальная схема. Когда это будет реализовано, переключатель будет размещен на источнике питания, а еще пять пар светодиод-резистор будут размещены параллельно существующей паре.

Шаг 7: Тестовая схема

Это версия схемы с одним светодиодом. Не особенно аккуратно, но это прототип, и он следует схеме, приведенной на шаге 7. По источнику питания также видно, что потребляется только 24 мА, по сравнению с 30 мА, если светодиод был подключен нормально. На третьем изображении с двумя светодиодами видно, что оба светодиода имеют одинаковую яркость. Однако очень быстро светодиод с прямым приводом нагревается, что дает веские основания для использования ШИМ.

Шаг 8: Готовая горелка

Перенести схему на Veroboard сложно, особенно с конденсацией релаксационного генератора, чтобы он поместился в корпусе. Главное, чтобы проверить, что провода не перекрещены и не ослаблены ли они достаточно свободно, чтобы их можно было пересечь. Добавление еще 5 светодиодов, переключение последовательно с разъемом аккумулятора и последующее размещение их в корпусе более прямолинейно. Подключив источник питания к разъему аккумулятора для проверки цепи, среднее значение тока составило примерно 85 мА. Это значительно меньше, чем 180 мА (6 * 30 мА), которые потребуются для системы с прямым приводом. Я не вдавался в подробности с переносом схемы с макета на вертикальную плату, поскольку я стремился сосредоточиться на теории, лежащей в основе этого проекта, скорее. чем конкретно это производство. Однако в качестве общего руководства вы должны протестировать схему и заставить ее работать на макетной плате, а затем перенести компоненты на вертикальную плату, начиная с более мелких компонентов. Если вы компетентны и быстро паяете, вы можете безопасно припаять микросхему прямо к плате, в противном случае вам следует использовать держатель микросхемы.