Ebben a cikkben részletesen leírom, hogyan lehet meghajtót készíteni nagy teljesítményű LED-ekhez, elemezve az ilyen típusú eszközökhöz kapcsolódó számos kérdést.
Az összes cikk, amelyet eddig a LED-ekről publikáltam, a nagy fényerejű LED-ekre utalnak, vagyis azokra, amelyek 20 mA-es és meglehetősen alacsony teljesítményű, 0,03–0,08 W közötti áramokkal működnek (az egyes jellemző feszültségek szerint). modell).
Azon anyagok felfedezése után, amelyek lehetővé tették a fehér LED-ek kifejlesztését, a világításban való alkalmazásuk lehetősége arra késztette a gyártókat, hogy minden nap egyre erősebb modelleket fejlesszenek ki. Bár a LED-ek még mindig nem képesek a közös lámpák cseréjére, ez a cél nagyon közel van.
12 V-os spot egyetlen 5 W-os vezetéssel
Sajnos ezek az elért eredmények nem fájdalommentesek: a LED-ek nagyon kényes alkatrészek, és nem túl ellenállóak a barátságtalan munkakörülményekkel szemben. A LED-gyártók azon vágya, hogy kényelmes alternatívát kínáljanak az izzólámpákra, arra készteti őket, hogy olyan modelleket állítsanak elő, amelyek lehetőségeik határain belül működnek.
Ezért amikor velük dolgozunk, tanácsos fokozott figyelmet fordítani a számukra nyújtott "kezelésre". Két alapvető feltételt kell figyelembe venni: az áramot, amely áthalad a leden, és a hőmérsékletet, amelyet elvezet. Ellentétben az izzószálas lámpákkal, amelyek nem szenvednek különösebben magas hőmérséklettől (a fényt adó izzószálat fel kell melegíteni), a LED-ekben a fény közvetlenül az áram áthaladásával jön létre, ezért a hő másodlagos jelenség és nem kívánt (mint minden félvezetőnél) ). A hőmérséklet csökkenti a led hatékonyságát, öregíti és túlzott mértéke károsíthatja vagy csökkentheti élettartamát. Emlékeztetem az olvasókat arra, hogy a LED-ek nem örökkévalóak, idővel fényhatékonyságuk fokozatosan csökken, és általában LED-nek tekintik élettartama végén, amikor az általa kibocsátott fény 50% -kal kevesebb, mint az új állapotban. Szerencsére ez több ezer órás használat után következik be (egyes esetekben több mint 50 000 óra).
5 Wattos led
Visszatérve az áram kérdésére, a közös 20 mA-es nagy fényerejű LED-ekkel, az áram szabályozásának legegyszerűbb és legolcsóbb módja az ellenállás használata, amint azt az előző cikkek többségében láttuk. Nagyobb teljesítményű LED-eknél, bár ha az elméleti vonalon folytatni lehet az ellenállások használatát, két probléma merül fel: az első az ellenállásokban kialakuló felesleges teljesítmény (és hő), a második probléma az alkatrészek toleranciájának köszönhető és a tápfeszültség elérheti az áramot olyan értékekre, amelyek károsíthatják vagy idő előtt elöregíthetik a LED-eket.
A nagy teljesítményű LED-ek nagyon összetett és változó. A teljesítmény növelése érdekében a gyártók gyakran több egyszerűbb LED-ből álló LED-eket építenek, amelyek ugyanazon az aljzaton vannak elhelyezve (sorba és párhuzamosan vannak csatlakoztatva). Egyébként egyszerű tápfeszültségű LED-ekkel és 3V és 3,6V közötti küszöbfeszültséggel két széles körben alkalmazott áramérték van: 300mA és 600mA, 1 Wattos, illetve 2 Wattos LED-ekről beszélünk.
Anélkül, hogy tudnunk kellene, hogyan épülnek fel, alapvetően elég, ha ismerjük a szükséges áramot és kevésbé pontos módon a küszöbfeszültséget oly módon, hogy nagyobb feszültséget használjunk, hogy a led világítson.
1 Wattos Luxeon Led
Általában kétféle módon lehet táplálni a nagy teljesítményű LED-eket: a soros áram szabályozása vagy DC-DC átalakítók (konfigurációtól függően "buck konverter" vagy "boost konverter") segítségével. Bár a DC-DC konverterek teljesítményük szempontjából sokkal hatékonyabbak (90% vagy annál nagyobbak), megvalósításuk bonyolultabb és sok olyan összetevőt igényel, amelyeket nem olyan könnyű megtalálni, például a kimeneti feszültség előállítására szolgáló tekercseket. A DC-DC átalakítók másik hibája a hasznos élettartamuk, amely gyakran rövidebb az általuk szállított LED-ekhez képest.
A privilegizált jogok egyelőre a legegyszerűbb megoldás, ebben a cikkben leírom az első típusú rendszert, vagyis egy soros áramszabályozót. A projekt nagyon egyszerű, és önálló módban való használatra vagy egy PWM típusú változó vezérlőrendszerhez való csatlakoztatásra szolgál, amelyet egy jövőbeni cikkemben ismertetek.
A javasolt modell
Az áramszabályozók különböző módon készíthetők: tranzisztorokkal, tápellátással vagy lineáris feszültségszabályozókkal, amelyek egy meghatározott módon kapcsolódnak. Mindannyian ugyanazt a működési elvet alkalmazzák: egy kis értékű ellenállás sorban a leddel (általában söntnek hívják), amely "méri" az azon áthaladó áramot és vezérli az áramot szabályozó áramkört.
Az általam javasolt modell N-csatornás mosfet-et használ szabályozóként, mert azt tartom a leghatékonyabbnak és ugyanakkor egyszerűen elvégezhetőnek. Azok számára, akiknek az N-csatornás tápellátása nem áll rendelkezésre az alkatrész fiókban, NPN teljesítménytranzisztor is használható ugyanolyan nyomtatott áramkör fenntartása mellett. Bár ha az eredmény kevésbé hatékony, akkor kiszabadíthat minket a bajból. Az áramkör tipikus állandó áramforrás, és egyszerűen elvégezhető.
Hogyan működik?
A mosfet "kapuja" pozitív feszültséget kap a 47K ellenálláson keresztül, és ezért vezet. Ez a vezetés bekapcsolja a ledet, és feszültségesést okoz az ellenállással szemben, a sorozattal együtt. Ha az áram növekszik, akkor a feszültségesés is növekszik, és ha meghaladja a tranzisztor bázisának küszöbfeszültségét, az utóbbi vezetni kezd, csökkentve a mosfet kapufeszültségét, és ennek következtében csökkentve az áramot a leden (negatív visszacsatolás). Ezért a leden lévő áram a soros ellenállás értékétől függ. Ennek az áramkörnek az a hibája, hogy az elfogyasztott energia egy része hőveszteségként elvész a mosfet-ben. Tehát hozzá kell adni egy hűtőbordát.
Nyomtatott áramkör kialakítása és a javasolt meghajtó képe
A mosfetben eloszlott erő és az általános teljesítmény
A mosfet-ben elvezetett teljesítmény a rá eső feszültségtől és az áramtól függ, amelyet átadunk a led táplálásához. Ezért javíthatjuk az áramkör hatékonyságát a tápfeszültség csökkentésével.
Tegyünk egy példát erre a pontra. Ha egy 3V és 600mA (2 Watt) vezetéket csatlakoztatunk a 12V-os áramkörünkhöz, a mosfet eloszlik:
Pfet = (Vpower - Vled - Vres) * Iled = (12V - 3V - 0.6V) * 0.6A = 5 Watt
Ha 9V-os tápegységet használunk helyette:
Pfet = (Vpower - Vled - Vres) * Iled = (9V - 3V - 0.6V) * 0.6A = 3.24 Watt
Mint láthatjuk, a mosfet által elvezetett teljesítmény a második esetben nagymértékben csökken. Továbbá, az első esetben 12 V esetén az áramkör teljesítménye nagyon alacsony az elfogyasztott 7,3 Watt miatt, 5 Watt hőveszteséget veszít a mosfeten. Akárhogy is, a mosfet által elvezetett teljesítmény csökkentésére nem mindig áll rendelkezésre megfelelő feszültség. Ha csak 12 V áll rendelkezésünkre, akkor javíthatjuk a rendszert, ha 2 vagy 3 LED-et sorba kötünk (mindegyik feszültségétől függően). Például 3 3V-os és 600mA-os LED használatával:
Pfet = (Vpower - Vled1-Vled2-Vled3-Vres) * Iled = (12V-3V-3V-3V-0.6V) * 0.6A = 1.44 Watt
Más szavakkal, az áramkör szinte teljes fogyasztását a LED-ek használják, miközben egy minimális rész elvész a mosfet-ben. A következtetés egyszerű: kényelmes az áramkört olyan feszültséggel ellátni, amely valamivel magasabb, mint a csatlakoztatott LED-ek küszöbfeszültségeinek összege.
Az 1 wattos vezetést vezérlő sofőr
Természetesen felmerül a kérdés: Mennyivel alacsonyabb? Nos, ha a tápfeszültség megegyezik a csatlakoztatott LED-ek küszöbfeszültségeinek összegével, az áramkör leáll, mert a mosfet nem ideális alkatrész, és egy minimális feszültség esik rá. Ehhez hozzáadódik a soros ellenállásra eső 0,6 V feszültség, amely lehetővé teszi az áram szabályozását. Közvetlenül teszteltem a javasolt áramkört, és a megfelelő működéshez szükséges minimális feszültség 2,5 V-val meghaladja a LED (vagy a sorba kapcsolt LED-ek) feszültségét. A nagyobb biztonság érdekében ajánlom a 3V-ot.
Hogyan szabályozzuk az áramot?
Mint mondtuk, az áram, amelyet a led meghajtására kapunk, csak a soros ellenállás értékétől függ, és ennek az egyszerű képlettel számolható ki:
Ha például áramot akartunk átvinni a 0,3 A (vagy 300 mA) led-en (vagy ledeken):
R = 0,6 V/0,3A = 2 ohm
Ha 0,6A (vagy 600mA) vezetőn (vagy ledeken) át akarunk vezetni egy áramot:
R = 0,6 V/0,6 A = 1 ohm
A vezető által leadott áram (amperben) 1,8 Ohm ellenállással
Az alkatrészek kis tűrése miatt a tényleges áram kissé eltérhet. Például a prototípusban a 0,3 A áramerősség eléréséhez 1,8 ohmos ellenállást kellett csatlakoztatnom 2 ohmos ellenállás helyett. Mivel a kereskedelemben sok közbenső ellenállási érték nem létezik, szükség lehet az érték manuális közelítésére az ellenállások soros és párhuzamos összekapcsolásával.
Mennyire oszlik el az ellenállás?
A sorozatellenállás elég keveset oszlik el. Például a 0,6A esetében:
Pres = I * Vres = 0,6A * 0,6V = 0,36 Watt
Ahhoz, hogy jó működési különbség legyen különböző áramértékekkel, javasoljuk, hogy csatlakoztasson 1 wattos ellenállást (vagy kevesebbet, ha 2 vagy több ellenállás van csatlakoztatva az áram valós értékének közelítéséhez).
Milyen maximális teljesítményt tudunk irányítani?
A meghajtó képi kapcsolási rajza két, egyenként 1 Wattos LED-hez.
Valójában áramkörünk sokkal nagyobb áramokkal képes működni, mint az általunk bemutatott példák (5A vagy több), bár néhány szempontot figyelembe kell venni:
- csökkentse az áramkör tápfeszültségét az abszolút minimumra (csak 3V a Vled felett)
- használjon megfelelő teljesítményű soros ellenállást
- adjon hozzá hűtőbordát a mosfethez, amely képes a hőmérsékletet "ellenőrzés alatt tartani"
Tranzisztoros változat
Illesztőprogram verzió, amely a tranzisztort használja a mosfet helyett.
Ugyanazon működési elv alkalmazásával a mosfet lecserélhetjük egy NPN tranzisztorral. A kapott eredmény gyengébb minőségű, mert a tranzisztornak sokkal nagyobb alapáramra van szüksége a mosfet-hez képest, és azért is, mert a kollektor-emitter minimális feszültségesése nagyobb, ezért szükséges lesz egy 3V-nál valamivel magasabb feszültséggel ellátni a Vled fölött szükség volt a mosfettel. Akárhogy is működik a rendszer, és probléma esetén megoldhatjuk a problémát.
Alumínium profilú NPN BD911 tranzisztorral és hűtőbordával ellátott változat.
Az alkatrészek cseréje
Bármilyen típusú N-csatornás Mosfet használható, amely képes kezelni a LED-ek táplálásához szükséges áramot. Jobb lehet egy modellt választani TO220 csomaggal a PCB-projekt fenntartásához változások nélkül. Ugyanez történik a tranzisztoros változat esetében is, bármely jó folyamatos erősítésű (HFE) és TO220 csomaggal rendelkező teljesítménytranzisztor helyettesítheti a mosfetet. Ne feledje, hogy a tranzisztor esetében meg kell változtatni a 47K ellenállást egy sokkal alacsonyabb értéknél, például 470 ohmnál.
Alumínium profilú NPN BD911 tranzisztorral és hűtőbordával ellátott változat.
A prototípusban kereskedelmi hűtőbordát használtam. Ha még nincs ilyen, akkor a fényképen látható módon téglalap alakú alumínium profilú lehet. Nem lesz olyan hatékony, de mindenképpen megoldja a problémát.
Vezérlő bemenet
Nagyon érdekes dolog a javasolt áramkörben a fényintenzitás szabályozásának lehetősége a tervekben jelzett vezérlő bemeneten keresztül. A vezérlésnek PWM típusúnak kell lennie (impulzusszélesség-moduláció), nagyon egyszerű mikrofonnal és szintadapterrel, például tranzisztorral. Egy jövőbeni cikkemben elmagyarázom, hogyan építsünk egyet.
N-csatornás IRF530 típusú mosfet és kereskedelmi hűtőborda.
Befejezésül elmondom, hogy három ilyen meghajtóval egy RGB vezérlőt építettem nagy teljesítményű LED-ekhez, amelyek meghívására.
A következő alkalomig!
A blog tartalma eredeti, és Creative Commons BY_NC_SA licenc alatt van
- Alta SBL - táska, amely extra súlyt ad az állványnak; Vanguard Spanyolország
- Magas derékú feszes edző M XXL testformáló női karcsúsító bugyi plusz méretű Sh
- 36% kedvezmény 2021 magas derékú karcsúsító nadrág lila szoknyával ZAFUL Spanyolország
- 5 tipp az erő növelésére - Kerékpáros DNS
- 5 nagy intenzitású gyakorlat a kalóriák elégetésére - Az IN magazin