Enkel strøm LED -lineær gjeldende regulator, revidert og avklart: 3 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Denne instruksjonsboken er i hovedsak en gjentakelse av Dans lineære strømregulatorkrets. Hans versjon er selvfølgelig veldig bra, men mangler noe i klarhet. Dette er mitt forsøk på å ta opp det. Hvis du forstår og kan bygge Dans versjon, vil min versjon sannsynligvis ikke fortelle deg noe veldig nytt. Imidlertid … … Mens jeg monterte min egen regulator basert på Dan, fortsatte jeg å se på fotografiene hans av komponentene og skele- hvilken pinne kobles til hvilken annen pinne ?? Er dette koblet til det eller ikke? Det er selvfølgelig en enkel krets, men jeg er ikke elektroingeniør og jeg ønsket ikke å gjøre det galt … Fordi det å miste det, til og med litt, noen ganger får ting til å bli ødelagt. Jeg har lagt til en komponent: en bryter mellom den positive ledningen til likestrømforsyningen og resten av kretsen, slik at jeg kan slå den på og av. Ingen grunn til å utelukke det, og det er veldig praktisk. Jeg bør også legge merke til her i begynnelsen: uansett "Dan" påstander kan være motsatt, er denne kretsen I siste instans IKKE egnet for å drive en LED fra en strømforsyning som er vesentlig over spenningsfallet til LED-en. Jeg har prøvd å kjøre en enkelt 3,2V blå LED på 140 mAh (testet strøm var faktisk 133 mAh- veldig nær) fra en strømforsyning på 9,5 volt, og sluttresultatet var at LED-lampen begynte å flimre i løpet av 60 sekunder og deretter til slutt slå av … Det gjorde dette flere ganger med stadig avtagende tidsrom mellom oppstart og feil. Nå vil den ikke slås på i det hele tatt. Når det er sagt, har jeg også drevet en enkelt RGB høyeffekt-LED nesten kontinuerlig i en måned nå med en annen strømforsyning som mer matcher spenningsfallet til LED-en, så denne kretsen kan fungere, slags, men ikke alltid, absolutt ikke som opprinnelig lovet, og kan godt ødelegge strøm -LED -en underveis. Erfaringens stemme her sier at det vil fungere så lenge kravene til lysdiodene dine tett samsvarer med effekten i volt som kommer fra strømforsyningen. Hvis du merker flimmer, betyr det at LED -lampene (e) brenner ut og allerede er permanent skadet. Det har tatt meg seks ødelagte strøm -LED -er for å finne ut av dette. "Mange Bothans døde for å gi oss denne informasjonen …" Rekvisita: Her er Dans forsyningsliste over komponenter, ord for ord, men korrigert for det første elementet (Dan hadde feilaktig gitt produktnummeret til en 10K ohm motstand, ikke en 100K ohm- den listen viser nå et tall for riktig type). Jeg har også lagt til lenker til de faktiske produktene nevnt:-R1: omtrent 100k-ohm motstand (for eksempel: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: nåværende settmotstand-se nedenfor Q1: liten NPN-transistor (for eksempel: Fairchild 2N5088BU) Q2: stor N-kanal FET (for eksempel: Fairchild FQP50N06L) LED: strøm-LED (for eksempel: Luxeon 1-watt hvit stjerne LXHL-MWEC)

- Bryterkomponenten, S1, bør være nominell til spenningen til likestrømforsyningen du skal bruke. En 12V -bryter, for eksempel, vil ikke være designet for å håndtere 18V strøm. Vær oppmerksom på at Q2 også kalles en MOSFET, en nMOSFET, en NMOS, en n-kanal MOSFET og en n-kanal QFET MOSFET om hverandre, Q1 kalles også en NPN bipolar junction transistor eller NPN BJT. Dan går ikke inn på hva "omtrentlig" betyr, og forklarer heller ikke hvor langt du kan gå eller hva dette vil påvirke; han forklarer heller ikke "liten" eller "stor" og effekten de kan ha. Dessverre kan jeg heller ikke. Det ser ut til at vi holder oss til disse spesifikke komponentene med mindre vi får en grad i elektroteknikk. Spesielt med tanke på delikatessen til LED -en som er involvert, synes streng overholdelse det eneste rimelige alternativet.

Når det gjelder R3:

I følge Dan må verdien for R3 i ohm være relatert til strømmen du vil drive LED -en din med (grensene vil allerede være satt av produsenten) slik at ønsket strøm i ampere = 0,5/R3. I en slik ligning vil større motstand i R3 resultere i at mindre strøm blir drevet gjennom lysdioden. Intuitivt fører dette til konklusjonen at perfekt motstand (dvs. fravær av motstand i det hele tatt) ville bety at LED -en ikke ville fungere (0,5/uendelig = mindre enn null). Jeg er faktisk slett ikke sikker på at dette er sant, og mine egne empiriske tester av denne kretsen indikerer at det ikke er slik. Likevel, hvis vi fortsetter i henhold til Dans plan, vil en R3 på 5 ohm produsere en konstant strøm på 0,5/5 = 0,1 ampere eller 100 miliamp. En stor andel strøm -LED ser ut til å kjøre rundt 350 mAh, så for disse må du etablere en R3 -verdi på omtrent 1,5 ohm. For de som er mindre kjent med motstander, husk at du kan fastslå at 1,5 ohm ved å bruke en kombinasjon av forskjellige motstander parallelt, så lenge det endelige kombinerte resultatet er 1,5 ohm motstand. Hvis du for eksempel bruker to motstander, vil R3 -verdien din være lik verdien til motstand 1 multiplisert med verdien til motstand 2, og produktet dividert med totalt R1+R2. Et annet eksempel: 1 motstand på 5 ohm kombinert parallelt med en annen, si 3 ohm, gir deg (5x3)/(5+3) = 15/8 = 1,875 ohm som da ville resultere i en konstant strøm i denne kretsen av 0,5/1,875 = 0,226 ampere eller 266 mAh.

Motstander er vurdert for forskjellige evner til å spre strøm. Små motstander kan avgi mindre effekt enn større fordi større ikke vil forbrenne like raskt hvis det går for mye strøm gjennom dem. Du kan ikke bruke en overflatemontert motstand i denne kretsen fordi den ikke kan håndtere effekttapet. Du vil heller ikke kunne finne en motstand som er "for stor". Større/ Fysisk større motstander klarer bare mer kraft enn mindre. Større kan koste mer å skaffe, og vil ta mer plass, men kostnaden er vanligvis ubetydelig (hvert ødelagte stereoanlegg har hundre motstander i det med store effektverdier) og forskjellen i plass er i størrelsesorden kubikkmillimeter, så ta gjerne feil på siden av forsiktighet og bruk de største motstandene med passende motstand som du kan finne. Du kan velge en for liten, men det er umulig å velge en for stor.

Vær oppmerksom på at hvis du tilfeldigvis har en nikrom høymotstandstråd for hånden, kan du sannsynligvis kutte denne til en lengde som tilsvarer dine motstandsbehov uten å måtte futz med flere motstander. Du trenger en Ohm -måler for å teste den faktiske motstandsverdien, og husk at det sannsynligvis er en viss grad av motstand (kanskje så mye som 1 ohm) mellom de to ledningene på Ohm -måleren som den er: test denne først ved å ved å røre dem sammen og se hva enheten leser, så ta hensyn til dette når du bestemmer hvor mye nichromtråd du skal bruke (hvis du oppdager 0,5 ohm motstand når du berører ledningene til Ohm -måleren din sammen, og du må avslutte opp med, si 1,5 ohm motstand på din nichromtråd, så trenger du den ledningen for å "måle" 2,0 ohm motstand for deg på Ohm -måleren).

Alternativt er det også en måte å bruke litt nikromtråd for å fullføre denne kretsen, selv for en LED hvis merkestrøm du ikke kjenner! Når kretsen din er fullført, men mangler R3, bruker du en lengde på nikromtråd som definitivt er lengre enn mengden motstand du trenger med minst en tomme eller to (jo tykkere denne ledningen, jo lengre stykke du trenger. Slå deretter på kretsen- ingenting vil skje. Fest nå en boremaskin til midten av U på nikromtråden slik at når boret vrir seg vil den begynne å vikle wiren rundt et bor. Slå sakte på boret. Hvis alle andre deler av kretsen er riktig tilkoblet, vil LED-lampen snart slå seg veldig svakt og bli lysere etter hvert som ledningen blir kortere! Stopp når lyset er sterkt- hvis ledningen blir for kort, vil lysdioden din brenne ut. Det er imidlertid ikke nødvendigvis lett å bedømme når dette øyeblikket er nådd, så du tar sjansene dine med denne teknikken.

Når det gjelder varmeavleder: Dan nevner også den mulige betydningen av varmeavleder for dette prosjektet, og behovet for en ekstern likestrømforsyning på mellom 4 og 18 volt (tilsynelatende spiller ampere ingen rolle for denne strømforsyningen, selv om jeg ikke vet dette for sikker). Hvis du bruker en strøm -LED, trenger du en slags varmeavleder festet til den, og vil trolig trenge en utenfor rammen av den enkle aluminiumsstjernen som er utstyrt med mange Luxeon -lysdioder. Du trenger bare en varmeavleder for 2. kvartal hvis du kjører mer enn 200 mAh strøm gjennom kretsen din og/ eller spenningsforskjellen mellom likestrømforsyningen og det kombinerte spenningsfallet på lysdiodene dine er "stort" (hvis forskjellen er mer enn 2 volt, vil jeg være sikker på å bruke en kjøleribbe). Den mest effektive bruken av alle kjøleribber krever også bruk av en liten mengde termisk fett (Arctic Silver regnes som et høykvalitetsprodukt): rengjør både kjøleribben og kroppen til MOSFET/ LED med alkohol, smør en glatt, jevnt, TYNT lag med termisk fett over hver overflate (jeg liker å bruke et X-acto knivblad for det absolutt jevneste, mest jevne, tynneste resultatet), og trykk deretter sammen overflatene og fest med en eller flere skruer på riktig sted. Alternativt er det flere typer termisk tape som også vil tjene det samme formålet. Her er noen passende alternativer for en kjøleribbe og strømforsyning for et typisk enkelt-LED-oppsett (husk, du kan trenge TO varmeavleder- en for LED og en for MOSFET- i mange oppsett): Varmeavl

Når det gjelder strømforsyninger: Hurtig merknad om strømforsyninger: praktisk talt alle strømforsyninger angir et sted på emballasjen hvor mange volt de vil og ampere de kan levere. Imidlertid er antall volt nesten universelt undervurdert, og praktisk talt alle strømforsyninger leverer faktisk en viss spenning større enn den som er angitt på emballasjen. Av denne grunn vil det være viktig å teste en gitt strømforsyning som hevder å levere volt nær den øvre enden av vårt spektrum (dvs. nær 18 volt) for å sikre at den ikke leverer for mye strøm (25 volt vil sannsynligvis overskride designbegrensningene i kretsen vår). Heldigvis, på grunn av kretsens natur, vil denne overstatningen av spenning vanligvis ikke være et problem, da kretsen kan håndtere et bredt spenningsområde uten å skade LED (er).

Trinn 1: Lag varmeavlederen (e)

Hvis du trenger en varmeavleder for Q2, må du kanskje bore et hull i kjøleribben for å kjøre en skrue gjennom det store hullet i MOSFET -kroppen. Det er ikke behov for en eksakt skrue så lenge skruen din kan passe gjennom MOSFET -hullet, skruens hode er større (bare litt) enn dette hullet, og diameteren på hullet du lager i kjøleribben er ikke mye mindre enn diameteren på skruens sylinder. Vanligvis, hvis du bruker en borekrone hvis diameter er nær, men litt mindre enn skruens sylinderdiameter, har du ingen problemer med å feste MOSFET til kjøleribben. Gjengene på de fleste stålskruene er mer enn sterke nok til å skjære ned i en kjøleribbe (forutsatt at det er aluminium eller kobber) og dermed "skape" det nødvendige gjengede hullet. Boring i aluminium bør gjøres med et par dråper veldig tynn maskinolje på spissen av borkronen (for eksempel 3-i-ett eller en symaskinolje) og boret presses ned med forsiktig fast trykk ved rundt 600 o / min og 115 in-lbs dreiemoment (denne Black & Decker-boremaskinen eller noe lignende vil fungere bra). Vær forsiktig: dette vil være et veldig lite, grunt hull, og det veldig tynne boret ditt kan gå i stykker hvis det legges for mye trykk på det for lenge! Legg merke til godt: "kroppen" til Q2 er elektrisk koblet til "kilde" -pinnen til Q2- hvis noe i kretsen din berører denne kjøleribben annet enn MOSFETs kropp, kan du opprette en elektrisk kortslutning som kan blåse LED-en din. Vurder å dekke siden av kjøleribben som vender mot ledningene dine med et lag elektrisk tape for å forhindre at dette skjer (men ikke omslutt kjøleribben med mer av dette enn nødvendig, siden formålet er å flytte varme fra MOSFET til omgivende luft- elektrisk tape er en isolator, ikke en leder, av termisk energi).

Trinn 2: Kretsen

Her er hva du trenger å gjøre for å lage denne kretsen:

* Lodd den positive ledningen til strømforsyningen til den positive noden på LED -en. Lodd også den ene enden av 100K -motstanden til det samme punktet (den positive noden på LED -en).

* Lodd den andre enden av den motstanden til GATE -pinnen på MOSFET og COLLECTOR -pinnen på den mindre transistoren. Hvis du hadde limt de to transistorene sammen, og hadde den metalliske siden av MOSFET vendt bort fra deg med alle seks transistorpinnene pekende nedover, er GATE-pinnen og COLLECTOR-pinnen de FØRSTE TO PINNENE til transistorene- med andre ord, lodd de to pinnene til venstre på transistorene sammen og lodd dem til den ufestede enden av 100K -motstanden.

* Koble den midtre pinnen på MOSFET, DRAIN -pinnen, til den negative noden på LED -en med en ledning. Ingenting mer vil bli festet til LED -en.

* Koble BASE -pinnen på den lille transistoren (dvs. den midterste pinnen) til SOURCE -pinnen på MOSFET (som er dens pin lengst til høyre).

* Koble EMITTER -pinnen (den høyre pinnen) på den mindre transistoren til den negative ledningen til strømforsyningen.

* Koble den samme pinnen til den ene enden av R3, din motstand (er) du ønsker for LED -behovene dine.

* Koble den ANDRE enden av den motstanden til den tidligere nevnte BASE -pinnen/ KILDE -pinnen på begge transistorer.

Sammendrag: alt dette betyr at du kobler den lille transistorens midtre og ytterste høyre pinner til hverandre via R3 -motstanden, og kobler transistorene til hverandre to ganger direkte (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) og nok en gang indirekte via R3 (EMITTER til KILDE). Den midtre pinnen til MOSFET, DRAIN, har ingenting å gjøre bortsett fra å koble til den negative noden på LED -en. Lysdioden kobles til den innkommende strømforsyningskabelen og til den ene enden av R1, 100K -motstanden (den andre noden på LED -en er koblet til DRAIN -pinnen, som nettopp nevnt). EMITTER -pinnen kobles direkte til den negative ledningen til strømforsyningen, og går deretter tilbake til seg selv (på sin egen BASE -pinne) og til MOSFET for tredje og siste gang via R3 -motstanden som også kobles direkte til den negative ledningen til strømforsyningen. MOSFET kobles aldri direkte til hverken de negative eller positive ledningene til strømforsyningen, men den KOBLES til BÅDE av dem via hver av de to motstandene! Det er ingen motstand mellom den lille transistorens tredje pinne, dens EMITTER og den negative ledningen til strømforsyningen- den kobles direkte. I den andre enden av oppsettet kobles den innkommende strømforsyningen direkte til lysdioden, selv om den kan pumpe ut for mye strøm (til å begynne med) for ikke å brenne ut denne lysdioden: den ekstra spenningen som ville ha gjort denne skaden blir føres tilbake gjennom 100K -motstanden og gjennom våre transistorer som vil holde den i sjakk.

Trinn 3: Slå den på: Feilsøk om nødvendig

Når kjøleribben (e) er festet og loddeskjøtene dine er faste og du er sikker på at LED -lampene (er) er riktig orientert og du har koblet de riktige ledningene til de riktige ledningene, er det på tide å koble til likestrømforsyningen og vri bryteren! På dette tidspunktet er det sannsynlig at en av tre ting skjer: LED -lampene (e) lyser som forventet, LED -lampene (e) blinker kort og deretter blir mørke, eller ingenting vil skje i det hele tatt. Hvis du får det første av disse resultatene, gratulerer! Du har nå en arbeidskrets! Måtte det vare deg veldig lenge. Hvis du får resultat nr. 2, har du nettopp blåst LED-lampene og må begynne på nytt med helt nye (og du må revurdere kretsen din og finne ut hvor du gikk galt, sannsynligvis ved å enten koble til en ledning feil eller la to ledninger krysse som du ikke burde ha). Hvis du får resultat nr. 3, er det noe galt med kretsen din. Slå den av, koble fra likestrømforsyningen, og gå over kretsforbindelsen-for-tilkoblingen, og kontroller at du kobler hver ledning riktig og at lysdiodene dine er riktig orientert i kretsen. Vurder også å dobbeltsjekke den kjente miliamp -verdien til LED -lampene og sørge for at verdien du har valgt og bruker for R3 vil gi nok strøm til å drive den/ dem. Dobbeltsjekk verdien av R1 og kontroller at den er 100k ohm. Til slutt kan du teste Q1 og Q2, men metodene for å gjøre dette er utenfor omfanget av denne Instructable. Igjen: de mest sannsynlige årsakene til at det ikke kommer noe lys er disse: 1.) LED-lampene (er) er ikke riktig orientert- sjekk retningen ved hjelp av multimeteret og orienter om nødvendig; 2.) du har en løs loddetinn et eller annet sted i kretsen din- ta et loddejern og lodd eventuelle tilkoblinger som kan være løse; 3.) du har en krysset ledning et sted i kretsen din- sjekk alle ledninger for kortslutninger og skille eventuelle som kan berøre- det tar bare en liten løs kobbertråd et sted for å få kretsen til å mislykkes; 4.) din R3 er for høy til at LED-lampene (e) kan fungere- vurder å bytte den ut med en motstand med lavere motstand, eller forkort nikromtråden litt; 5.) bryteren din klarer ikke å lukke kretstesten med multimeteret og fikse eller bytte den; 6.) du tidligere har skadet LED-lampene eller en av de andre komponentene i diagrammet ved å: a.) Ikke bruke tilstrekkelig store motstander (dvs. en motstand med tilstrekkelig watt-R3 bør være minst 0,25 watt -motstand) eller en tilstrekkelig stor kjøleribbe for Q2 eller for LED -ene (både Q2 og LED -lampene dine blir raskt utsatt for potensielle termiske skader hvis de ikke er koblet til kjøleribber før du slår på kretsen), eller; b.) å krysse ledninger og skade LED -lampene dine ved et uhell (dette er vanligvis ledsaget av et rykende stinkende røyk); eller 7.) du bruker en Q1 eller Q2 som ikke er riktig for denne kretsen. Ingen andre motstandstyper er kjent kompatible erstatninger for disse to komponentene- hvis du prøver å lage denne kretsen fra andre typer transistorer, bør du forvente at kretsen ikke fungerer. Jeg skulle ønske jeg kunne svare på tekniske spørsmål angående konstruksjon av LED -kretser og drivere, men som jeg har sagt før, er jeg ikke en ekspert, og det meste av det du ser her var allerede dekket i en annen instruksjonsskriven skrevet av noen som vet mer om denne prosessen enn jeg gjør. Forhåpentligvis er det jeg har gitt deg her minst tydeligere og mer eksplisitt enn andre lignende instrukser som er tilgjengelige på dette nettstedet. Lykke til!

Hvis kretsen din fungerer, gratulerer! Før du kaller prosjektet ferdig, må du fjerne eventuell gjenværende fluks fra loddeskjøtene med sprit eller et annet egnet løsningsmiddel, for eksempel toluen. Hvis fluks får forbli på kretsen din, vil den tære pinnene dine, skade din nichromtråd (hvis du bruker en) og kan til og med skade LED -en din gitt nok tid. Flux er flott, men når du er ferdig med det, må det gå! Vær også sikker på at uansett hvordan du setter opp lyset til å fungere, vil det ikke være noen sjanse for at noen av ledningene ved et uhell berører eller kommer fra hverandre når kretsen brukes eller flyttes. En stor mengde varmt lim kan brukes som en slags pottemasse, men faktisk pottemasse ville være bedre. En ubeskyttet krets som blir brukt til alt, er utsatt for feil gitt nok tid, og loddeskjøter er noen ganger ikke så stabile som vi skulle tro de er. Jo sikrere den siste kretsen er, desto mer bruk vil du få ut av den!