Pulsbredde modulert LED -lommelykt: 8 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:26

Pulsbreddemodulering (PWM) kan brukes til å variere effekten, hastigheten eller lysstyrken til mange enheter. Med lysdioder kan PWM brukes til å dempe dem eller gjøre dem lysere. Jeg vil bruke dem til å lage en liten lommelykt. En LED kan dimmes ved raskt å slå den på og av flere ganger i sekundet. Ved å variere mellomromforholdet, er lysstyrken variert. En enkel implementering av et PWM -system vil være en klokke som mater en LED og beskyttelsesmotstand til bakken. Klokken bør ideelt sett svinge med en frekvens på 50Hz for å sikre at du ikke vil se svingningen. For å teste dette kan du enten bruke en signalgenerator for å gi en firkantbølge, som nedenfor, eller lage en krets for å gjøre det for deg.

Trinn 1: Avslapningsoscillator

Denne kretsen vil produsere en firkantbølge med en driftssyklus på 50%. To 10K motstander koblet til +inngangen til op -forsterkeren gir en referansespenning, og R1 og C1, koblet til -inngangen, skaper en tidskonstant som styrer frekvensen, f = 1/{2ln (3) RC}. Kondensatoren C1 lades og tømmes gjennom motstanden R1, og tiden det tar før denne syklusen oppstår er perioden for bølgeformen.

Trinn 2: Avslapningsoscillator

Ved å definere frekvensen i trinn 1, kan R1 erstattes med et potensiometer, RP, med en verdi på 2R1, og to dioder. Denne endringen vil tillate driftssyklusen å variere, samtidig som den opprettholder en konstant frekvens. For generell PWM av lysdioder er det ikke nødvendig med absolutt presisjon med frekvensen. Hvis det er krav om presisjon, bør potensiometeret som er valgt, være så nær, men ikke mer enn 2R1, og en kompensasjonsmotstand lik R1-RP/2. En alternativ løsning er å bruke to motstander i serie med de to dioder, for å gi en fast og forhåndsdefinert driftssyklus.

Trinn 3: Avslapningsoscillatorutgang

Klokkesignalet kan enten kobles direkte til en enkelt LED, men dette vil ikke tillate at LED -en styres av en ekstern logikkilde. Det kan i stedet være lettere å mate denne utgangen til basen på en transistor, og deretter bruke transistoren til å slå LED -en på og av. Den potensielle skillelinjen på inngangen til transistoren er å redusere utgangen til avslapningsoscillatoren, siden i den er slått av, den sender fortsatt 2v. Dette må reduseres til under 0,7v for ikke å slå på transistoren, ellers vil lysdioden forbli på hele tiden og koke.

Trinn 4: Øk lysstyrken

Den andre nyttige applikasjonen av PWM med en LED er at lysdioden kan ha en større enn normal strøm passert gjennom den, noe som gjør den lysere. Normalt ville denne strømmen ødelegge lysdioden, men siden lysdioden bare er på for en brøkdel av tiden, er gjennomsnittlig effekt som er satt gjennom lysdioden innenfor toleranse. Grensen for denne strømmen er definert på produsentens datablad for lysdioden, identifisert som pulsstrøm forover. Det er også ofte detaljer om minimum pulsbredde og driftssykluser. Ved å bruke en hvit LED som eksempel, er følgende spesifikasjoner gitt som: Forward Current = 30mAPulse Forward Current = 150mAPulse Width = <10ms Duty Cycle = <1: 10 Ved hjelp av pulsbredde og driftssyklusinformasjon kan avslapningsoscillatoren beregnes på nytt med T = 2ln (2) RCA Forutsatt at en 10nF kondensator brukes, og som ønsker TON = 10ms, og TOFF = 1ms, kan følgende beregninger gjøres, og deretter tegnes kretsdiagrammet.

Trinn 5: Strømøkning

Det andre kravet for å øke lysstyrken er å øke strømmen som strømmer gjennom lysdioden. Dette er relativt rett frem. Forutsatt en 5v logisk forsyning til LED -en, og fra databladet er standardspenningen til LED -en 3,6v. Beskyttelsesmotstanden kan beregnes ved å trekke LED -spenningen fra forsyningsspenningen, og deretter dele denne med strømmen. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10RI Det er imidlertid sannsynlig at LED -forsyningskilden kanskje ikke kan gi en tilstrekkelig strøm på 100mA, selv om det er på veldig kort tid. Det kan være nødvendig å drive LED-en gjennom transistoren, muligens styrt av en annen transistor i serie som også er i stand til å bære strømmen. I denne kretsen bør forsyningsspenningen til op-amp brukes, da 5v logisk forsyning vil være for liten. Det er en 0.7v fall over begge transistorer og 3.6v over LED, totalt 5v, og etterlater ingenting for en beskyttelsesmotstand. For fakkelen kan imidlertid kontrollen plasseres over strømforsyningen til kretsen. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Trinn 6: Sluttkrets

Nedenfor er det siste kretsdiagrammet. Når den er implementert, vil en bryter bli plassert på strømforsyningen, og ytterligere fem LED-motstandspar vil bli plassert parallelt med det eksisterende paret.

Trinn 7: Testkrets

Dette er en enkelt LED -versjon av kretsen. Ikke spesielt ryddig, men det er en prototype, og følger kretsdiagrammet fra trinn 7. Du kan også se fra strømforsyningen at bare 24mA trekkes, sammenlignet med 30mA hvis LED -en var koblet til normalt. Fra det tredje bildet som inneholder to lysdioder, ser det ut til at begge lysdiodene har samme lysstyrke. Men veldig raskt blir den direkte drevne LED -en varm raskt, noe som gir god grunn til PWM.

Trinn 8: Ferdig fakkel

Å overføre kretsen til veroboard er utfordrende, spesielt å kondensere avslapningsoscillatoren slik at den passer inn i saken. Det viktigste å sjekke er at ingen ledninger krysses, eller er løse nok til å krysse. Å legge til ytterligere 5 lysdioder, en bryter i serie med en batterikontakt og deretter plassere disse i et etui er mer rett frem. Koble strømforsyningen til batterikontakten for å teste kretsen, den gjennomsnittlige strømavlesningen var omtrent 85mA. Dette er betydelig mindre enn 180mA (6*30mA) som et direkte drivsystem ville kreve. Jeg har ikke gått i detalj med å overføre kretsen fra brødbrettet til veroboardet, da jeg har hatt som mål å konsentrere meg om teorien bak dette prosjektet, heller enn spesifikt produksjonen. Som en generell veiledning bør du imidlertid teste kretsen og få den til å fungere på brødbrettet, og deretter overføre komponentene til veroboardet, med de mindre komponentene. Hvis du er dyktig og rask til å lodde, kan du sikkert lodde en brikke direkte på brettet, ellers bør du bruke en brikkeholder.