Pulsbreedte gemoduleerde LED-zaklamp - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:20

Pulsbreedtemodulatie (PWM) kan worden gebruikt om het vermogen, de snelheid of de helderheid van veel apparaten te variëren. Met LED's kan PWM worden gebruikt om ze te dimmen of helderder te maken. Ik zal ze gebruiken om een kleine zaklamp te maken. Een LED kan worden gedimd door hem snel aan en uit te zetten, meerdere keren per seconde. Door de markeringsruimteverhouding te variëren, wordt de helderheid gevarieerd. Een eenvoudige implementatie van een PWM-systeem zou een klok zijn die een LED en een beschermende weerstand naar de grond voedt. De klok zou idealiter moeten oscilleren met een frequentie van 50 Hz om ervoor te zorgen dat u niets ziet de oscillatie. Om dit te testen, kunt u een signaalgenerator gebruiken om een blokgolf te leveren, zoals hieronder, of een circuit maken om dit voor u te doen.

Stap 1: Ontspanningsoscillator

Deze schakeling zal een blokgolf produceren met een duty cycle van 50%. Twee weerstanden van 10K aangesloten op de +ingang van de op-amp zorgen voor een referentiespanning, en R1 en C1, aangesloten op de -ingang, creëren een tijdconstante die de frequentie regelt, f = 1/{2ln(3)RC}. De condensator C1 laadt en ontlaadt via de weerstand R1, en de tijd die nodig is om deze cyclus te laten plaatsvinden is de periode van de golfvorm.

Stap 2: Ontspanningsoscillator

Door de frequentie in stap 1 te definiëren, kan R1 worden vervangen door een potentiometer, RP, met een waarde van 2R1 en twee diodes. Door deze wijziging kan de duty-cycle variëren, terwijl de frequentie constant blijft. Voor de algemene PWM van LED's is er geen noodzaak voor absolute precisie met de frequentie. Als precisie vereist is, moet de gekozen potentiometer zo dicht mogelijk bij, maar niet meer dan 2R1 zijn, en een compensatieweerstand gelijk aan R1-RP/2. Een alternatieve oplossing is om twee weerstanden in serie te gebruiken met de twee diodes, om een vaste en vooraf gedefinieerde werkcyclus te geven.

Stap 3: Ontspanningsoscillatoruitgang

Het kloksignaal kan ofwel rechtstreeks op een enkele LED worden aangesloten, maar hierdoor kan de LED niet worden bestuurd door een externe logische bron. Het kan in plaats daarvan gemakkelijker zijn om deze uitgang naar de basis van een transistor te voeren en vervolgens de transistor te gebruiken om de LED aan en uit te schakelen. De potentiaaldeler op de ingang van de transistor is om de uitgang van de relaxatieoscillator te verminderen, het is uit, het zal nog steeds 2v uitvoeren. Dit moet worden teruggebracht tot onder de 0,7v om de transistor niet in te schakelen, anders blijft de LED constant branden en koken.

Stap 4: De helderheid verhogen

De andere nuttige toepassing van PWM met een LED is dat er een grotere stroom door de LED kan lopen dan normaal, waardoor deze helderder wordt. Normaal gesproken zou deze stroom de LED vernietigen, maar aangezien de LED slechts een fractie van de tijd brandt, ligt het gemiddelde vermogen dat door de LED wordt geleverd binnen de tolerantie. De limiet van deze stroom is gedefinieerd op het gegevensblad van de fabrikant voor de LED, geïdentificeerd als de voorwaartse pulsstroom. Ook zijn er vaak details over de minimale pulsbreedte en duty cycles. Met een witte LED als voorbeeld, worden de volgende specificaties gegeven als: Voorwaartse stroom = 30mAPuls Voorwaartse stroom = 150mAPulsbreedte =< 10msDuty Cycle =< 1:10Gebruikmakend van de pulsbreedte en duty cycle-informatie, kan de relaxatie-oscillator opnieuw worden berekend met T= 2ln(2)RCA ervan uitgaande dat een condensator van 10 nF wordt gebruikt en we willen TON = 10 ms en TOFF = 1 ms, dan kunnen de volgende berekeningen worden gemaakt en vervolgens het schakelschema worden getekend.

Stap 5: Vermogenstoename

De andere vereiste om de helderheid te verhogen is om de stroom die door de LED vloeit te vergroten. Dit is relatief rechttoe rechtaan. Uitgaande van een logische voeding van 5 V naar de LED, en uit het gegevensblad, is de standaardspanning van de LED 3,6 V. De beveiligingsweerstand kan worden berekend door de LED-spanning af te trekken van de voedingsspanning en deze vervolgens te delen door de stroom. R = (VS - VLED) / (iMAX)R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10RI Het is echter waarschijnlijk dat de LED-voedingsbron niet in staat is om een voldoende stroom van 100mA te leveren, zelfs als dit voor een zeer korte tijd is. Het kan nodig zijn om de LED via de transistor van stroom te voorzien, mogelijk bestuurd door een andere transistor in serie die ook de stroom kan voeren. In dit circuit moet de voedingsspanning van de op-amp worden gebruikt, omdat de logische voeding van 5 V te klein. Er is een daling van 0,7 V over beide transistors en 3,6 V over de LED, in totaal 5 V, en er blijft niets over voor een beveiligingsweerstand. Voor de toorts kan de besturing echter over de voeding van het circuit worden geplaatst. VR = 9 - (3.6 + 0.7)VR = 4.7vR = 4.7 / 0.15R = 31 = 33R

Stap 6: Laatste circuit

Hieronder vindt u het definitieve schakelschema. Bij implementatie wordt een schakelaar op de voeding geplaatst en worden nog eens vijf LED-weerstandsparen parallel aan het bestaande paar geplaatst.

Stap 7: Testcircuit

Dit is een enkele LED-versie van het circuit. Niet bijzonder netjes, maar het is een prototype, en volgt het schakelschema uit stap 7. Ook aan de voeding kun je zien dat er maar 24mA wordt getrokken, vergeleken met de 30mA als de LED normaal was aangesloten. Uit de derde afbeelding met twee LED's blijkt dat beide LED's dezelfde helderheid hebben. Maar heel snel wordt de direct aangedreven LED snel warm, wat een goede reden is voor PWM.

Stap 8: Voltooide fakkel

Het overbrengen van het circuit naar veroboard is een uitdaging, vooral het condenseren van de relaxatie-oscillator zodat deze in de behuizing past. Het belangrijkste om te controleren is dat er geen draden gekruist zijn, of los genoeg zijn om te kruisen. Het toevoegen van nog eens 5 LED's, een schakelaar in serie met een batterijconnector en deze vervolgens in een behuizing plaatsen, is eenvoudiger. Door de voeding aan te sluiten op de batterijconnector om het circuit te testen, was de gemiddelde stroomaflezing ongeveer 85 mA. Dit is aanzienlijk kleiner dan 180 mA (6 * 30 mA) die een direct drive-systeem nodig zou hebben. dan specifiek de productie. Als algemene richtlijn moet u echter het circuit testen en het op het breadboard laten werken, en vervolgens de componenten overbrengen naar het veroboard, te beginnen met de kleinere componenten. Als u bekwaam en snel bent in het solderen, kunt u een chip misschien veilig rechtstreeks op het bord solderen, anders moet u een chiphouder gebruiken.