Simple Power LED lineaire stroomregelaar, herzien en verduidelijkt - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Deze Instructable is in wezen een herhaling van Dan's lineaire stroomregelaarcircuit. Zijn versie is natuurlijk erg goed, maar mist iets in de weg van duidelijkheid. Dit is mijn poging om dat aan te pakken. Als je Dan's versie begrijpt en kunt bouwen, zal mijn versie je waarschijnlijk niets vreselijk nieuws vertellen. Maar… …Tijdens het samenstellen van mijn eigen regelaar op basis van die van Dan, bleef ik naar zijn foto's van de componenten kijken en loensen: welke pin sluit aan op welke andere pin?? Heeft dit daar mee te maken of niet? Het is natuurlijk een simpel circuit, maar ik ben geen elektrotechnisch ingenieur en ik wilde het niet fout hebben… Want als je het fout doet, ook al is het een beetje, dan worden dingen soms in brand gestoken. Ik heb een onderdeel toegevoegd: een schakelaar tussen de positieve kabel van de DC-voeding en de rest van het circuit, zodat ik het aan en uit kan zetten. Geen reden om het uit te sluiten, en het is erg handig. Ik moet hier in het begin ook opmerken: wat de beweringen van "Dan" ook zijn, deze schakeling is uiteindelijk NIET geschikt voor het aansturen van een LED vanaf een voeding die aanzienlijk boven de spanningsval van de LED ligt. Ik heb geprobeerd een enkele 3,2V blauwe LED van 140 mAh aan te sturen (de geteste stroom was eigenlijk 133 mAh - heel dichtbij) van een voeding met een nominale spanning van 9,5 volt en het eindresultaat was dat binnen 60 seconden de LED begon te flikkeren en uiteindelijk uiteindelijk uitgeschakeld … Het deed dit verschillende keren met steeds kortere perioden tussen inschakelen en falen. Nu gaat hij helemaal niet meer aan. Dat gezegd hebbende, heb ik ook een enkele RGB high power LED bijna een maand lang bijna continu aangestuurd met een andere voeding die beter overeenkomt met de spanningsval van de LED - dus dit circuit kan werken, een beetje, maar niet altijd, zeker niet zoals oorspronkelijk beloofd, en kan je power-LED onderweg heel goed verpesten. De stem van de ervaring hier zegt dat het zal werken zolang de eisen van uw LED's nauw overeenkomen met het vermogen in volt dat uit uw voeding komt. Als u flikkering opmerkt, betekent dit dat de LED('s) is/zijn doorgebrand en al permanent beschadigd is/zijn. Het heeft me zes vernietigde power-LED's gekost om dit uit te zoeken. "Veel Bothans stierven om ons deze informatie te brengen …" Benodigdheden: Hier is Dan's leveringslijst met componenten, woord voor woord maar gecorrigeerd voor het eerste item (Dan had per ongeluk het productnummer van een 10K ohm-weerstand gegeven, niet een 100K ohm- de lijst toont nu een nummer voor het juiste type). Ik heb ook links toegevoegd naar de daadwerkelijk genoemde producten: -- R1: ongeveer 100k-ohm weerstand (zoals: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: huidige ingestelde weerstand - zie hieronder Q1: kleine NPN-transistor (zoals: Fairchild 2N5088BU) Q2: grote N-channel FET (zoals: Fairchild FQP50N06L) LED: power LED (zoals: Luxeon 1-watt witte ster LXHL-MWEC)

-- De schakelcomponent, S1, moet geschikt zijn voor de spanning van de gelijkstroomvoeding die u gaat gebruiken. Een 12V-schakelaar is bijvoorbeeld niet ontworpen om 18V aan stroom te verwerken. Merk op dat Q2 ook wel een MOSFET, een nMOSFET, een NMOS, een n-kanaals MOSFET en een n-kanaal QFET MOSFET wordt genoemd, Q1 wordt ook wel een NPN bipolaire junctietransistor of NPN BJT genoemd. Dan gaat niet in op wat "ongeveer" betekent, noch legt hij uit hoe ver je kunt gaan of wat dit zal beïnvloeden; evenmin legt hij "klein" of "groot" uit en de effecten die ze kunnen hebben. Helaas kan ik dat ook niet. Het lijkt erop dat we vastzitten aan deze specifieke componenten, tenzij we een graad in elektrotechniek behalen. Vooral gezien de delicaatheid van de betrokken LED, lijkt strikte naleving de enige redelijke optie.

Wat betreft R3:

Volgens Dan moet de waarde voor R3 in ohm gerelateerd zijn aan de stroom waarmee je je LED wilt aansturen (waarvan de limieten al door de fabrikant zijn ingesteld) zodat je gewenste stroom in ampère = 0,5/R3. In een dergelijke vergelijking zal een grotere weerstand in R3 ertoe leiden dat er minder stroom door de LED wordt gestuurd. Intuïtief leidt dit tot de conclusie dat perfecte weerstand (d.w.z. de afwezigheid van enige weerstand) zou betekenen dat de LED niet zou functioneren (0,5/oneindig = minder dan nul). Ik ben er in feite helemaal niet zeker van dat dit waar is, en mijn eigen empirische tests van dit circuit geven aan dat dit niet zo is. Niettemin, als we te werk gaan volgens het plan van Dan, zal een R3 van 5 ohm een constante stroom produceren van 0,5/5=0,1 ampère of 100 miliampère. Een groot deel van de power-LED's lijkt rond de 350 mAh te werken, dus hiervoor moet je een R3-waarde van ongeveer 1,5 ohm bepalen. Voor degenen die minder bekend zijn met weerstanden, houd er rekening mee dat u die 1,5 ohm kunt vaststellen door een combinatie van verschillende weerstanden parallel te gebruiken, zolang uw uiteindelijke gecombineerde resultaat 1,5 ohm weerstand is. Als u bijvoorbeeld twee weerstanden gebruikt, is uw R3-waarde gelijk aan de waarde van weerstand 1 vermenigvuldigd met de waarde van weerstand 2 en het product gedeeld door het totaal van R1+R2. Nog een voorbeeld: 1 weerstand van 5 ohm parallel gecombineerd met een andere van, zeg, 3 ohm, geeft (5x3)/(5+3)=15/8=1.875 ohm wat dan zou resulteren in een constante stroom in dit circuit van 0,5/1.875=0,226 ampère of 266 mAh.

Weerstanden zijn geclassificeerd voor verschillende vermogens om vermogen af te voeren. Kleine weerstanden kunnen minder vermogen dissiperen dan grotere, omdat grotere weerstanden niet zo snel zullen verbranden als er te veel stroom doorheen loopt. U kunt geen op het oppervlak gemonteerde weerstand in dit circuit gebruiken omdat het de vermogensdissipatie niet aankan. Ook zult u geen weerstand kunnen vinden die "te groot" is. Grotere / fysiek grotere weerstanden kunnen gewoon meer vermogen aan dan kleinere. Grotere kan duurder zijn om te verkrijgen en zal meer ruimte in beslag nemen, maar de kosten zijn meestal te verwaarlozen (elke kapotte stereo heeft honderd weerstanden met enorme vermogens) en het verschil in ruimte is in de orde van kubieke millimeter, dus voel je vrij om voorzichtig te zijn en gebruik de grootste weerstanden van geschikte weerstand die je kunt vinden. Je kunt er een te klein kiezen, maar het is onmogelijk om er een te groot te kiezen.

Merk op dat als je toevallig wat nichrome draad met hoge weerstand bij de hand hebt, je dit waarschijnlijk op een lengte kunt knippen die overeenkomt met je weerstandsbehoeften zonder dat je met meerdere weerstanden hoeft te futz. Je hebt een Ohm-meter nodig om de werkelijke weerstandswaarde te testen, en houd er rekening mee dat er waarschijnlijk een zekere mate van weerstand (misschien wel 1 ohm) is tussen de twee draden van je Ohm-meter zoals deze is: test dit eerst door door ze samen aan te raken en te kijken wat het apparaat leest, houd daar dan rekening mee als je bepaalt hoeveel nichrome-draad je gaat gebruiken (als je 0,5 ohm weerstand detecteert wanneer je de draden van je Ohm-meter samen aanraakt, en je moet stoppen met bijvoorbeeld 1,5 ohm weerstand op je nichrome-draad, dan heb je die draad nodig om 2,0 ohm weerstand voor je te "meten" op de Ohm-meter).

Als alternatief is er ook een manier om een beetje nichroomdraad te gebruiken om dit circuit te voltooien, zelfs voor een LED waarvan u de nominale stroom niet kent! Zodra je circuit compleet is maar R3 mist, gebruik je een lengte van nichrome-draad die zeker langer is dan de hoeveelheid weerstand die je nodig hebt met minstens een inch of twee (hoe dikker deze draad, hoe langer het stuk dat je nodig hebt). Schakel vervolgens in het circuit - er zal niets gebeuren. Bevestig nu een boormachine aan het midden van de U van de nichrome draad, zodat als de boor draait, deze de draad rond een boor begint te wikkelen. Zet de boor LANGZAAM aan. Als alle andere onderdelen van het circuit correct zijn aangesloten, zal de LED al snel heel zwak gaan branden en helderder worden naarmate de draad korter wordt! Stop wanneer het licht helder is - als de draad te kort wordt, zal uw LED doorbranden. Het is' Het is echter niet eenvoudig om te beoordelen wanneer dit moment is bereikt, dus u waagt uw kans met deze techniek.

Wat betreft koellichamen: Dan vermeldt ook het mogelijke belang van koellichamen voor dit project, en de noodzaak van een externe gelijkstroomvoeding tussen 4 en 18 volt (amper maakt blijkbaar niet uit voor deze voeding, hoewel ik dit niet weet voor zeker). Als je een power-LED gebruikt, heb je een soort koellichaam nodig dat eraan is bevestigd, en waarschijnlijk heb je er een nodig die verder gaat dan de eenvoudige aluminium vleermuis-"ster" die bij veel Luxeon-LED's wordt geleverd. U hebt alleen een koellichaam nodig voor Q2 als u meer dan 200 mAh stroom door uw circuit laat lopen en/of het spanningsverschil tussen uw DC-voeding en de gecombineerde spanningsval van uw LED's "groot" is (als de verschil meer dan 2 volt is, zou ik zeker een koellichaam gebruiken). Het meest efficiënte gebruik van een koellichaam vereist ook het gebruik van een kleine hoeveelheid thermisch vet (Arctic Silver wordt als een high-end product beschouwd): reinig zowel het koellichaam als de behuizing van de MOSFET/LED met alcohol, smeer een gladde, gelijkmatige, DUNNE laag thermisch vet over elk oppervlak (ik gebruik graag een X-acto-mesblad voor de absoluut gladste, meest gelijkmatige, dunste resultaten), druk vervolgens de oppervlakken tegen elkaar en zet vast met een of meer schroeven op de juiste plaats. Als alternatief zijn er verschillende soorten thermische tape die ook voor hetzelfde doel kunnen dienen. Hier zijn enkele geschikte opties voor een koellichaam en voeding voor een typische opstelling met één LED (onthoud dat u in veel opstellingen mogelijk TWEE koellichamen nodig hebt - een voor de LED en een voor de MOSFET):

Betreffende voedingen: Korte opmerking met betrekking tot voedingen: vrijwel alle voedingen geven ergens op hun verpakking aan hoeveel volt ze zullen leveren en ampères ze kunnen leveren. Het aantal volt is echter bijna universeel ingetogen en vrijwel alle voedingen leveren eigenlijk een hoeveelheid spanning die groter is dan die op hun verpakking staat aangegeven. Om deze reden is het belangrijk om een bepaalde voeding te testen die beweert volt te leveren aan de bovenkant van ons spectrum (dwz bijna 18 volt) om er zeker van te zijn dat deze niet echt te veel vermogen levert (25 volt zou waarschijnlijk de ontwerpbeperkingen van ons circuit overschrijden). Gelukkig zal, vanwege de aard van het circuit, deze overmatige spanning meestal geen probleem zijn, omdat het circuit een breed scala aan spanningen aankan zonder de LED ('s) te beschadigen.

Stap 1: Maak de koellichaam (en)

Als u een koellichaam voor uw Q2 nodig heeft, moet u mogelijk een gat in dat koellichaam boren om een schroef door het grote gat in de behuizing van de MOSFET te draaien. Er is geen exacte schroef nodig zolang uw schroef maar door het MOSFET-gat past, de kop van de schroef groter is (slechts iets) dan dit gat, en de diameter van het gat dat u in het koellichaam maakt is niet veel kleiner dan de diameter van de cilinder van de schroef. Als u een boor gebruikt waarvan de diameter dicht bij maar iets kleiner is dan de cilinderdiameter van uw schroef, zult u over het algemeen geen moeite hebben om de MOSFET aan het koellichaam te bevestigen. De schroefdraad op de meeste stalen schroeven is meer dan sterk genoeg om in een koellichaam te snijden (op voorwaarde dat het aluminium of koper is) en daardoor het benodigde schroefdraadgat te "creëren". Boren in aluminium moet worden gedaan met een paar druppels zeer dunne machineolie op de punt van het bit (zoals 3-in-One of een naaimachineolie) en de boor moet met zachte, stevige druk worden ingedrukt bij ongeveer 600 tpm en 115 in-lbs koppel (deze Black & Decker-boormachine of iets dergelijks zal goed werken). Let op: dit is een heel klein, ondiep gat en je hele dunne boor kan breken als er te lang te veel druk op wordt uitgeoefend! Let goed op: de "body" van Q2 is elektrisch verbonden met de "source"-pin van Q2-. Als iets in uw circuit dit koellichaam anders dan het lichaam van de MOSFET raakt, kunt u een elektrische kortsluiting veroorzaken waardoor uw LED zou kunnen doorbranden. Overweeg om de zijkant van het koellichaam tegenover uw draden te bedekken met een laag isolatietape om te voorkomen dat dit gebeurt (maar omhul het koellichaam niet met meer van dit dan nodig is, aangezien het de bedoeling is om warmte van de MOSFET naar de omringende lucht - elektrische tape is een isolator, geen geleider, van thermische energie).

Stap 2: Het circuit

Dit is wat u moet doen om dit circuit te maken:

* Soldeer de positieve draad van je voeding aan het positieve knooppunt op je LED. Soldeer ook het ene uiteinde van de 100K-weerstand aan datzelfde punt (het positieve knooppunt op de LED).

* Soldeer het andere uiteinde van die weerstand aan de GATE-pin van de MOSFET en de COLLECTOR-pin van de kleinere transistor. Als je de twee transistors aan elkaar had gelijmd en de metalen kant van de MOSFET van je af had gericht met alle zes de transistorpinnen naar beneden gericht, dan zijn de GATE-pin en de COLLECTOR-pin de EERSTE TWEE PINS van die transistors - met andere woorden, soldeer de twee meest linkse pinnen van de transistors aan elkaar en soldeer ze aan het losse uiteinde van de 100K-weerstand.

* Verbind de middelste pin van de MOSFET, de DRAIN-pin, met een draad met de negatieve knoop van de LED. Er zal niets meer aan de LED worden bevestigd.

* Sluit de BASE-pin van de kleine transistor (d.w.z. de middelste pin) aan op de SOURCE-pin van de MOSFET (de meest rechtse pin).

* Sluit de EMITTER-pin (de meest rechtse pin) van de kleinere transistor aan op de negatieve draad van je voeding.

* Sluit diezelfde pin aan op het ene uiteinde van R3, uw weerstand(en) naar keuze voor de behoeften van uw LED.

* Sluit het ANDERE uiteinde van die weerstand aan op de eerder genoemde BASE-pin/SOURCE-pin van beide transistors.

Samenvatting: dit alles betekent dat je de middelste en uiterst rechtse pinnen van de kleine transistor met elkaar verbindt via de R3-weerstand, en de transistors twee keer rechtstreeks met elkaar verbindt (GATE naar COLLECTOR, SOURCE naar BASE) en nogmaals indirect via R3 (EMITTER naar BRON). De middelste pin van de MOSFET, de DRAIN, heeft niets anders te doen dan verbinding maken met het negatieve knooppunt van uw LED. De LED wordt aangesloten op uw inkomende voedingsdraad en op het ene uiteinde van R1, de 100K-weerstand (het andere knooppunt van de LED is verbonden met de DRAIN-pin, zoals zojuist vermeld). De EMITTER-pin maakt rechtstreeks verbinding met de negatieve draad van uw voeding en lust vervolgens terug naar zichzelf (op zijn eigen BASE-pin) en naar de MOSFET voor een derde en laatste keer via de R3-weerstand die ook rechtstreeks verbinding maakt met de negatieve draad van de voeding. De MOSFET maakt nooit rechtstreeks verbinding met de negatieve of positieve draden van de voeding, maar maakt wel verbinding met BEIDE via elk van de twee weerstanden! Er is geen weerstand tussen de derde pin van de kleine transistor, zijn EMITTER, en de negatieve draad van de voeding - hij maakt rechtstreeks verbinding. Aan de andere kant van de opstelling wordt de binnenkomende voeding rechtstreeks op de LED aangesloten, ook al pompt deze (in het begin) mogelijk te veel stroom uit om die LED niet te laten doorbranden: de extra spanning die deze schade zou hebben aangericht, wordt teruggeleid door de 100K-weerstand en door onze transistors die het onder controle zullen houden.

Stap 3: Schakel het in: los problemen op indien nodig

Zodra de koellichamen zijn bevestigd en uw soldeerverbindingen allemaal stevig zijn en u er zeker van bent dat uw LED ('s) correct is (zijn) georiënteerd en u de juiste draden op de juiste draden hebt aangesloten, is het tijd om in te pluggen de gelijkstroomvoeding en zet de schakelaar om! Op dit punt zal waarschijnlijk een van de drie dingen gebeuren: de LED('s) zullen oplichten zoals verwacht, de LED('s) zullen kort fel knipperen en dan donker worden, of er gebeurt helemaal niets. Als je de eerste van deze resultaten krijgt, gefeliciteerd! Je hebt nu een werkend circuit! Moge het je heel lang duren. Als je uitkomst #2 krijgt, dan heb je net je LED('s) opgeblazen en moet je opnieuw beginnen met gloednieuwe (en je zult je circuit opnieuw moeten evalueren en uitzoeken waar je fout ging, waarschijnlijk door ofwel verbinding te maken met een draad verkeerd of laat 2 draden kruisen die u niet zou moeten hebben). Als je uitkomst #3 krijgt, dan is er iets mis met je circuit. Schakel het uit, ontkoppel de gelijkstroomvoeding en ga verbinding voor verbinding door uw circuit en zorg ervoor dat u elke kabel correct aansluit en dat uw LED's allemaal correct in het circuit zijn georiënteerd. Overweeg ook om de bekende miliamp-waarde van uw LED('s) dubbel te controleren en ervoor te zorgen dat de waarde die u hebt gekozen en gebruikt voor R3 voldoende stroom zal leveren om deze/ze aan te drijven. Controleer nogmaals de waarde van R1 en zorg ervoor dat deze 100k ohm is. Ten slotte kunt u Q1 en Q2 testen, maar de methoden om dit te doen vallen buiten het bestek van deze Instructable. Nogmaals: de meest waarschijnlijke redenen waarom er geen licht verschijnt, zijn de volgende: 1.) uw LED('s) is/zijn niet correct georiënteerd - controleer de oriëntatie met behulp van de multimeter en heroriënteer indien nodig; 2.) je hebt ergens een losse soldeerverbinding in je circuit - neem een soldeerbout en soldeer alle verbindingen die mogelijk los zitten opnieuw; 3.) je hebt ergens een gekruiste draad in je circuit - controleer alle draden op kortsluiting en scheid alle draden die elkaar misschien raken - er is maar een klein los koperdraadje nodig om het circuit te laten falen; 4.) uw R3 heeft een te hoge waarde om de LED('s) te laten werken - overweeg deze te vervangen door een weerstand met een lagere weerstand, of verkort uw nichrome draad iets; 5.) uw schakelaar sluit de circuittest met de multimeter niet af en repareert of vervangt deze; 6.) u hebt eerder de LED('s) of een van de andere componenten in het diagram beschadigd door: a.) het niet gebruiken van voldoende grote weerstanden (dwz een weerstand met voldoende wattage moet minimaal 0,25 zijn) watt-weerstand) of een voldoende groot koellichaam voor Q2 of voor uw LED('s) (zowel Q2 als uw LED's zijn snel onderhevig aan potentiële thermische schade als ze niet zijn aangesloten op koellichamen voordat u het circuit inschakelt), of; b.) draden kruisen en per ongeluk uw LED('s) beschadigen (dit gaat meestal gepaard met een wolkje stinkende rook); of 7.) u een Q1 of Q2 gebruikt die niet geschikt is voor dit circuit. Er zijn geen andere typen weerstanden bekend als compatibele vervangingen voor deze twee componenten. Als u probeert om dit circuit van andere typen transistors te maken, mag u verwachten dat het circuit niet werkt. Ik wou dat ik technische vragen kon beantwoorden over de constructie van LED-circuits en drivers, maar zoals ik al eerder zei, ik ben geen expert en het meeste van wat je hier ziet is al behandeld in een andere Instructable geschreven door iemand die meer weet over dit proces dan doe ik. Hopelijk is wat ik je hier heb gegeven op zijn minst duidelijker en explicieter dan andere vergelijkbare Instructables die op deze site beschikbaar zijn. Veel geluk!

Als je circuit werkt, gefeliciteerd! Voordat u het project afrondt, moet u ervoor zorgen dat u alle resterende vloeimiddel van uw soldeerverbindingen verwijdert met ontsmettingsalcohol of een ander geschikt oplosmiddel zoals tolueen. Als flux op uw circuit mag blijven, zal het uw pinnen aantasten, uw nichrome-draad beschadigen (als u er een gebruikt) en zelfs uw LED beschadigen als er voldoende tijd is. Flux is geweldig, maar als je er klaar mee bent, moet het weg! Zorg er ook voor dat, hoe u uw lamp ook instelt om te werken, er geen kans is dat een van de draden per ongeluk raakt of uit elkaar valt wanneer het circuit wordt gebruikt of verplaatst. Een grote prop hete lijm kan als een soort potgrond worden gebruikt, maar echte potgrond zou beter zijn. Een onbeschermd circuit dat voor alles wordt gebruikt, is vatbaar voor storingen als het voldoende tijd krijgt, en soldeerverbindingen zijn soms niet zo stabiel als we zouden willen denken dat ze zijn. Hoe veiliger uw eindcircuit is, hoe meer nut u ervan zult hebben!