Regolatore di corrente lineare Simple Power LED, rivisto e chiarito: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Questo Instructable è essenzialmente una ripetizione del circuito del regolatore di corrente lineare di Dan. La sua versione è molto buona, ovviamente, ma manca di qualcosa in termini di chiarezza. Questo è il mio tentativo di affrontarlo. Se capisci e puoi costruire la versione di Dan, la mia versione probabilmente non ti dirà nulla di terribilmente nuovo. Tuttavia… …Mentre assemblavo il mio regolatore basato su quello di Dan, continuavo a guardare le sue fotografie dei componenti e a strizzare gli occhi: quale pin si collega a quale altro pin?? È collegato a quello o no? È un circuito semplice, certo, ma io non sono un ingegnere elettrico e non volevo sbagliare… Perché sbagliare, anche di poco, a volte fa immolare le cose. Ho aggiunto un componente: un interruttore tra il polo positivo dell'alimentatore CC e il resto del circuito in modo da poterlo accendere e spegnere. Non c'è motivo per escluderlo, ed è molto utile. Dovrei anche notare qui all'inizio: qualunque siano le affermazioni di "Dan" in contrario, questo circuito NON è in definitiva adatto per pilotare un LED da un alimentatore che è significativamente al di sopra della caduta di tensione del LED. Ho provato a pilotare un singolo LED blu da 3,2 V a 140 mAh (la corrente testata era in realtà di 133 mAh, molto simile) da un alimentatore valutato per 9,5 volt e il risultato finale è stato che entro 60 secondi il LED ha iniziato a lampeggiare e poi alla fine spegnimento… Lo ha fatto diverse volte con periodi di tempo sempre decrescenti tra l'accensione e il guasto. Ora non si accenderà affatto. Detto questo, ho anche pilotato un singolo LED RGB ad alta potenza quasi continuamente per un mese utilizzando un alimentatore diverso che si avvicina di più alla caduta di tensione del LED, quindi questo circuito può funzionare, in qualche modo, ma non sempre, certamente non come originariamente promesso, e potrebbe benissimo rovinare il tuo LED di alimentazione lungo la strada. La voce dell'esperienza qui dice che funzionerà finché le richieste dei tuoi LED corrisponderanno strettamente alla potenza in volt proveniente dal tuo alimentatore. Se noti uno sfarfallio, significa che il/i LED si sta/stanno bruciando ed è/sono già danneggiato/i in modo permanente. Mi ci sono voluti sei LED di alimentazione distrutti per capirlo. "Molti Bothan sono morti per portarci queste informazioni…" Materiali di consumo: ecco l'elenco dei componenti forniti da Dan, parola per parola ma corretto per il primo elemento (Dan aveva erroneamente dato il numero del prodotto di un resistore da 10K ohm, non un 100K ohm- il list ora mostra un numero per il tipo corretto). Ho anche aggiunto collegamenti ai prodotti effettivi menzionati: -- R1: resistore di circa 100 k-ohm (come: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: resistore impostato di corrente - vedi sotto Q1: piccolo transistor NPN (come: Fairchild 2N5088BU) Q2: FET a canale N grande (come: Fairchild FQP50N06L) LED: LED di potenza (come: Luxeon stella bianca da 1 watt LXHL-MWEC)

-- Il componente dell'interruttore, S1, dovrebbe essere valutato in base alla tensione dell'alimentatore CC che utilizzerai. Un interruttore da 12 V, ad esempio, non sarà progettato per gestire 18 V di alimentazione. Si noti che Q2 è anche chiamato MOSFET, nMOSFET, NMOS, MOSFET a canale n e MOSFET QFET a canale n in modo intercambiabile, Q1 è anche chiamato transistor a giunzione bipolare NPN o NPN BJT. Dan non spiega cosa significhi "approssimativamente", né spiega fino a che punto puoi spingerti o cosa questo influenzerà; né spiega "piccolo" o "grande" e gli effetti che potrebbero avere. Purtroppo, nemmeno io. Sembra che siamo bloccati ad aderire a questi componenti specifici a meno che non otteniamo una laurea in ingegneria elettrica. Soprattutto data la delicatezza del LED coinvolto, l'osservanza rigorosa sembra l'unica opzione ragionevole.

Per quanto riguarda R3:

Secondo Dan, il valore di R3 in ohm deve essere correlato alla corrente a cui si desidera pilotare il LED (i cui limiti saranno già stati impostati dal produttore) in modo tale che la corrente desiderata in ampere=0,5/R3. In tale equazione, una maggiore resistenza in R3 risulterà in una minore corrente che viene guidata attraverso il LED. Intuitivamente, questo porta alla conclusione che una resistenza perfetta (cioè l'assenza di qualsiasi resistore) significherebbe che il LED non funzionerebbe (0,5/infinito=meno di zero). Tuttavia, non sono affatto sicuro che ciò sia vero, e i miei test empirici su questo circuito indicano che non è così. Tuttavia, se procediamo secondo il piano di Dan, un R3 di 5 ohm produrrà una corrente costante di 0,5/5=0,1 amp o 100 miliamp. Una gran parte dei LED di potenza sembra funzionare intorno a 350 mAh, quindi per questi dovrai stabilire un valore R3 di circa 1,5 ohm. Per coloro che hanno meno familiarità con i resistori, tieni presente che puoi stabilire che 1,5 ohm utilizzando una combinazione di diversi resistori in parallelo, purché il risultato finale combinato sia 1,5 ohm di resistenza. Se si utilizzano due resistori, ad esempio, il valore R3 sarà uguale al valore del resistore 1 moltiplicato per il valore del resistore 2 e il prodotto diviso per il totale di R1+R2. Un altro esempio: 1 resistore di 5 ohm combinato in parallelo con un altro di, diciamo, 3 ohm, ti dà (5x3)/(5+3)=15/8=1,875 ohm che risulterebbe quindi in una corrente costante in questo circuito di 0,5/1,875=0,226 ampere o 266 mAh.

I resistori sono classificati per diverse capacità di dissipare potenza. I resistori piccoli possono dissipare meno energia di quelli più grandi perché quelli più grandi non si inceneriranno così rapidamente se viene attraversata da troppa corrente. Non è possibile utilizzare un resistore montato su superficie in questo circuito perché non è in grado di gestire la dissipazione di potenza. Inoltre, non sarai in grado di trovare un resistore "troppo grande". I resistori più grandi/fisicamente più grandi sono solo in grado di gestire più potenza di quelli più piccoli. Quelli più grandi possono costare di più da ottenere e occuperanno più spazio, ma il costo è solitamente trascurabile (ogni stereo rotto ha un centinaio di resistori con enormi potenze nominali) e la differenza di spazio è dell'ordine di millimetri cubi, quindi sentiti libero di peccare per eccesso di cautela e usa i resistori più grandi di resistenza adeguata che puoi trovare. È possibile selezionarne uno troppo piccolo, ma è impossibile selezionarne uno troppo grande.

Nota che se ti capita di avere a portata di mano un filo ad alta resistenza al nichelcromo, puoi probabilmente tagliarlo a una lunghezza che corrisponderà alle tue esigenze di resistenza senza dover futz con più resistori. Avrai bisogno di un ohmmetro per verificare il valore effettivo della resistenza e tieni presente che probabilmente c'è un certo grado di resistenza (forse fino a 1 ohm) tra i due fili del tuo ohmmetro così com'è: prova questo prima toccandoli insieme e vedi cosa legge il dispositivo, quindi tieni conto di questo quando determini la quantità di filo di nichelcromo che utilizzerai (se rilevi 0,5 ohm di resistenza quando tocchi i fili del tuo misuratore di ohm insieme e devi terminare con, diciamo, 1,5 ohm di resistenza sul tuo filo di nichelcromo, allora hai bisogno di quel filo per "misurare" 2,0 ohm di resistenza per te sul misuratore di ohm).

In alternativa, c'è anche un modo per usare un po' di filo di nichelcromo per completare questo circuito anche per un LED di cui non conosci la corrente nominale! Una volta che il tuo circuito è completo ma privo di R3, usa una lunghezza di filo di nichelcromo che è decisamente più lunga della quantità di resistenza necessaria di almeno un pollice o due (più è spesso questo filo, più lungo sarà il pezzo che ti servirà. Quindi accendi il circuito- non accadrà nulla. Ora collega un trapano elettrico al centro della U del filo di nichelcromo in modo tale che quando il trapano si attorciglia comincerà ad avvolgere il filo attorno a una punta da trapano. Accendi LENTAMENTE il trapano. Se tutte le altre parti del circuito sono collegati correttamente, il LED si accenderà presto in modo molto fioco e diventerà più luminoso man mano che il filo si accorcia! Fermati quando la luce è intensa- se il filo diventa troppo corto, il LED si brucerà. Non è necessariamente facile giudicare quando questo momento è stato raggiunto, tuttavia, quindi correrai le tue possibilità con questa tecnica.

Per quanto riguarda i dissipatori di calore: Dan menziona anche la possibile importanza dei dissipatori di calore per questo progetto e la necessità di un alimentatore CC esterno compreso tra 4 e 18 volt (a quanto pare gli amplificatori non contano per questo alimentatore, anche se non lo so per certo). Se stai utilizzando un LED di alimentazione, avrai bisogno di un qualche tipo di dissipatore di calore collegato ad esso e probabilmente ne avrai bisogno uno oltre lo scopo della semplice "stella" in alluminio ad ala di pipistrello fornita con molti LED Luxeon. Avrai bisogno di un dissipatore di calore per Q2 solo se stai eseguendo più di 200 mAh di potenza attraverso il tuo circuito e/o la differenza di tensione tra il tuo alimentatore CC e la "caduta" di tensione combinata dei tuoi LED è "grande" (se il la differenza è superiore a 2 volt, mi assicurerei di utilizzare un dissipatore di calore). L'uso più efficiente di qualsiasi dissipatore di calore richiede anche l'uso di una piccola quantità di grasso termico (l'Arctic Silver è considerato un prodotto di fascia alta): pulire sia il dissipatore di calore che il corpo del MOSFET/LED con alcool, spalmare un panno liscio, uniforme, uno strato SOTTILE di grasso termico su ogni superficie (mi piace usare una lama di coltello X-acto per i risultati assolutamente più lisci, uniformi e sottili), quindi premere le superfici insieme e fissarle utilizzando una o più viti nel punto appropriato. In alternativa, ci sono diversi tipi di nastro termico che serviranno anche a questo stesso scopo. Ecco alcune opzioni adatte per un dissipatore di calore e un alimentatore per una tipica configurazione a LED singolo (ricorda, potresti aver bisogno di DUE dissipatori di calore - uno per il LED e uno per il MOSFET - in molte configurazioni): Dissipatore di caloreAlimentazione

Per quanto riguarda gli alimentatori: Nota rapida per quanto riguarda gli alimentatori: praticamente tutti gli alimentatori indicano da qualche parte sulla confezione quanti volt e ampere possono fornire. Tuttavia, il numero di volt è quasi universalmente sottostimato e praticamente tutti gli alimentatori forniscono effettivamente una certa quantità di tensione maggiore di quella indicata sulla confezione. Per questo motivo, sarà importante testare qualsiasi dato alimentatore che afferma di fornire volt vicino all'estremità superiore del nostro spettro (cioè vicino a 18 volt) per assicurarsi che non fornisca effettivamente troppa potenza (25 volt sarebbero probabilmente superare i limiti di progettazione del nostro circuito). Fortunatamente, a causa della natura del circuito, questa sovradichiarazione di tensione non sarà in genere un problema poiché il circuito può gestire un'ampia gamma di tensioni senza danneggiare i LED.

Passaggio 1: creare il/i dissipatore/i di calore

Se avrai bisogno di un dissipatore di calore per il tuo Q2, potresti dover praticare un foro in quel dissipatore di calore per far passare una vite attraverso il grande foro nel corpo del MOSFET. Non c'è bisogno di una vite esatta fintanto che la tua vite è in grado di passare attraverso il foro MOSFET, la testa della vite è più grande (solo leggermente) di questo foro e il diametro del foro che crei nel dissipatore di calore è non molto più piccolo del diametro del cilindro della vite. In genere, se usi una punta da trapano il cui diametro è vicino ma leggermente più piccolo del diametro del cilindro della tua vite, non avrai difficoltà a collegare il MOSFET al dissipatore di calore. Le filettature sulla maggior parte delle viti in acciaio sono più che abbastanza resistenti da tagliare un dissipatore di calore (a condizione che sia in alluminio o rame) e quindi "creare" il foro filettato necessario. La perforazione nell'alluminio deve essere eseguita con alcune gocce di olio per macchine molto sottile sulla punta della punta (come 3-in-One o olio per macchine da cucire) e il trapano premuto con una pressione decisa e decisa a circa 600 giri/min e 115 in-lbs di coppia (questo trapano Black & Decker o qualcosa di simile funzionerà bene). Fai attenzione: questo sarà un foro molto piccolo e poco profondo e la punta del trapano molto sottile potrebbe rompersi se viene applicata troppa pressione per troppo tempo! Nota bene: il "corpo" di Q2 è collegato elettricamente al pin "sorgente" di Q2- se qualcosa nel tuo circuito tocca questo dissipatore di calore diverso dal corpo del MOSFET, potresti creare un cortocircuito elettrico che potrebbe far saltare il tuo LED. Considera di coprire il lato del dissipatore di calore rivolto verso i fili con uno strato di nastro isolante per evitare che ciò accada (ma non racchiudere il dissipatore di calore con più di quanto necessario, poiché il suo scopo è spostare il calore dal MOSFET al aria circostante: il nastro isolante è un isolante, non un conduttore, dell'energia termica).

Passaggio 2: il circuito

Ecco cosa devi fare per creare questo circuito:

* Salda il filo positivo del tuo alimentatore al nodo positivo del tuo LED. Saldare anche un'estremità del resistore da 100K nello stesso punto (il nodo positivo sul LED).

* Saldare l'altra estremità di quel resistore al pin GATE del MOSFET e al pin COLLECTOR del transistor più piccolo. Se avessi incollato i due transistor insieme e avessi il lato metallico del MOSFET rivolto verso di te con tutti e sei i pin del transistor rivolti verso il basso, il pin GATE e il pin COLLECTOR sono i PRIMI DUE PIN di quei transistor, in altre parole, saldare insieme i due pin più a sinistra dei transistor e saldarli all'estremità non collegata del resistore da 100K.

* Collegare il pin centrale del MOSFET, il pin DRAIN, al nodo negativo del LED con un filo. Niente di più sarà attaccato al LED.

* Collega il pin BASE del transistor piccolo (cioè il pin centrale) al pin SOURCE del MOSFET (che è il pin più a destra).

* Collega il pin EMITTER (il pin più a destra) del transistor più piccolo al filo negativo del tuo alimentatore.

* Collega lo stesso pin a un'estremità di R3, i tuoi resistori preferiti per le esigenze dei tuoi LED.

* Collegare l'altra estremità di quel resistore al pin BASE/pin SOURCE precedentemente menzionato di entrambi i transistor.

Riepilogo: tutto ciò significa che stai collegando i pin centrale e all'estrema destra del piccolo transistor l'uno all'altro tramite il resistore R3 e che stai collegando i transistor tra loro due volte direttamente (GATE a COLLECTOR, SOURCE a BASE) e ancora una volta indirettamente tramite R3 (EMETTITORE a SORGENTE). Il pin centrale del MOSFET, il DRAIN, non ha nulla a che fare se non collegarsi al nodo negativo del tuo LED. Il LED si collega al cavo di alimentazione in ingresso e ad un'estremità di R1, il resistore da 100K (l'altro nodo del LED è collegato al pin DRAIN, come appena accennato). Il pin EMITTER si collega direttamente al filo negativo del tuo alimentatore, quindi si ricollega su se stesso (al proprio pin BASE) e al MOSFET per la terza e ultima volta tramite il resistore R3 che si collega anche direttamente al filo negativo di l'alimentatore. Il MOSFET non si collega mai direttamente ai fili negativo o positivo dell'alimentatore, ma si collega a ENTRAMBI tramite ciascuno dei due resistori! Non c'è resistenza tra il terzo pin del piccolo transistor, il suo EMETTITORE e il filo negativo dell'alimentatore: si collega direttamente. Dall'altra parte della configurazione, l'alimentatore in ingresso si collega direttamente al LED, anche se potrebbe pompare troppa potenza (in un primo momento) per non bruciare quel LED: la tensione extra che avrebbe causato questo danno viene instradato indietro attraverso il resistore da 100K e attraverso i nostri transistor che lo terranno sotto controllo.

Passaggio 3: accendilo: risolvi i problemi se necessario

Una volta che il/i dissipatore/i di calore sono stati collegati e i giunti di saldatura sono tutti saldi e sei certo che i tuoi LED siano orientati correttamente e che hai collegato i cavi corretti ai cavi corretti, è il momento di collegare l'alimentatore CC e capovolgere l'interruttore! A questo punto, è probabile che succeda una delle tre cose: i LED si accendono come previsto, i LED lampeggiano brevemente e poi si spengono, oppure non succede nulla. Se ottieni il primo di questi risultati, congratulazioni! Ora hai un circuito funzionante! Possa ti durare molto a lungo. Se ottieni il risultato n. 2, hai appena bruciato i tuoi LED e dovrai ricominciare da capo con quelli nuovi di zecca (e dovrai rivalutare il tuo circuito e capire dove hai sbagliato, probabilmente collegandoti un filo in modo errato o lasciando incrociare 2 fili che non dovresti avere). Se ottieni il risultato n. 3, allora c'è qualcosa che non va nel tuo circuito. Spegnerlo, scollegare l'alimentatore CC e controllare il circuito collegamento per collegamento assicurandosi di collegare correttamente ciascun cavo e che i LED siano tutti orientati correttamente all'interno del circuito. Inoltre, considera di ricontrollare il valore miliamp noto dei tuoi LED e assicurarti che il valore che hai scelto e stai utilizzando per R3 fornisca abbastanza corrente per guidarlo/li. Ricontrolla il valore di R1 e assicurati che sia 100k ohm. Infine, puoi testare Q1 e Q2, ma i metodi per farlo vanno oltre lo scopo di questo Instructable. Di nuovo: le ragioni più probabili per cui non compare la luce sono queste: 1.) il/i LED/i è/non sono orientati correttamente - controlla l'orientamento usando il multimetro e riorienta se necessario; 2.) hai un giunto di saldatura allentato da qualche parte nel tuo circuito: prendi un saldatore e risalda tutti i collegamenti che potrebbero essere allentati; 3.) hai un filo incrociato da qualche parte nel tuo circuito - controlla tutti i fili per cortocircuiti e separa quelli che potrebbero essere in contatto - ci vuole solo un minuscolo filo di rame allentato da qualche parte per far fallire il circuito; 4.) il tuo R3 ha un valore troppo alto per consentire il funzionamento dei LED: considera di sostituirlo con un resistore di resistenza inferiore o accorciare leggermente il filo di nichelcromo; 5.) il tuo interruttore non riesce a chiudere il circuito con il multimetro e a ripararlo o sostituirlo; 6.) hai precedentemente danneggiato il/i LED o uno degli altri componenti nel diagramma: a.) non usando resistori sufficientemente grandi (cioè un resistore di wattaggio sufficiente- R3 dovrebbe essere almeno un.25 watt) o un dissipatore di calore sufficientemente grande per Q2 o per i tuoi LED (sia Q2 che i tuoi LED sono rapidamente soggetti a potenziali danni termici se non sono collegati ai dissipatori di calore prima di accendere il circuito), oppure; b.) cavi incrociati e danneggiamento accidentale dei LED (solitamente accompagnato da uno sbuffo di fumo maleodorante); o 7.) stai usando un Q1 o Q2 che non è corretto per questo circuito. Non sono noti altri tipi di resistori sostitutivi compatibili per questi due componenti: se tenti di creare questo circuito da altri tipi di transistor, dovresti aspettarti che il circuito non funzioni. Vorrei poter rispondere a domande tecniche riguardanti la costruzione di circuiti e driver LED, ma come ho detto prima, non sono un esperto e la maggior parte di ciò che vedete qui è già stato trattato in un altro Instructable scritto da qualcuno che ne sa di più su questo processo di me. Spero che ciò che ti ho dato qui sia almeno più chiaro ed esplicito di altri Instructables simili disponibili su questo sito. Buona fortuna!

Se il tuo circuito funziona, congratulazioni! Prima di concludere il progetto, assicurati di rimuovere ogni residuo di fondente dai giunti di saldatura con alcol denaturato o un altro solvente adatto come il toluene. Se il flusso rimane sul tuo circuito, corroderà i tuoi pin, danneggerà il tuo filo di nichelcromo (se ne usi uno) e può persino danneggiare il tuo LED dato abbastanza tempo. Flux è fantastico, ma quando hai finito deve sparire! Assicurati inoltre che, indipendentemente dal modo in cui configuri la luce per funzionare, non ci sarà alcuna possibilità che nessuno dei suoi fili tocchi o si stacchi accidentalmente quando il circuito viene utilizzato o spostato. Un grande batuffolo di colla a caldo può essere usato come una sorta di composto per l'invasatura, ma sarebbe meglio un composto per l'invasatura vero e proprio. Un circuito non protetto che viene utilizzato per qualsiasi cosa è soggetto a guasti se dato abbastanza tempo e i giunti di saldatura a volte non sono così stabili come vorremmo pensare che siano. Più sicuro è il tuo circuito finale, maggiore sarà l'utilità che ne ricaverai!