Torcia LED a modulazione di larghezza di impulso: 8 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:06

La modulazione di larghezza di impulso (PWM) può essere utilizzata per variare la potenza, la velocità o la luminosità di molti dispositivi. Con i LED, il PWM può essere utilizzato per attenuarli o renderli più luminosi. Li userò per fare una piccola torcia manuale. Un LED può essere oscurato accendendolo e spegnendolo rapidamente, più volte al secondo. Variando il rapporto dello spazio del segno, la luminosità viene variata. Una semplice implementazione di un sistema PWM sarebbe un orologio che alimenta un LED e un resistore di protezione a terra. L'orologio dovrebbe idealmente oscillare a una frequenza di 50 Hz per garantire che non vedrai l'oscillazione. Per testarlo, puoi utilizzare un generatore di segnale per fornire un'onda quadra, come di seguito, o creare un circuito per farlo per te.

Passaggio 1: oscillatore di rilassamento

Questo circuito produrrà un'onda quadra con un duty cycle del 50%. Due resistori da 10K collegati all'ingresso + dell'amplificatore operazionale forniscono una tensione di riferimento e R1 e C1, collegati all'ingresso - creano una costante di tempo che controlla la frequenza, f = 1/{2ln(3)RC}. Il condensatore C1 si carica e si scarica attraverso il resistore R1 e il tempo impiegato per questo ciclo è il periodo della forma d'onda.

Passaggio 2: oscillatore di rilassamento

Definendo la frequenza al passo 1, R1 può essere sostituito con un potenziometro, RP, con un valore di 2R1, e due diodi. Questa alterazione consentirà di variare il ciclo di lavoro, pur mantenendo una frequenza costante. Ai fini del PWM generale dei LED, non è necessaria una precisione assoluta con la frequenza. Se è richiesta la precisione, il potenziometro scelto dovrebbe essere il più vicino, ma non più di 2R1, e un resistore di compensazione uguale a R1-RP/2. Una soluzione alternativa è utilizzare due resistori in serie con i due diodi, per fornire un ciclo di lavoro fisso e predefinito.

Passaggio 3: uscita dell'oscillatore di rilassamento

Il segnale di clock può essere collegato direttamente a un singolo LED, ma ciò non consentirà il controllo del LED da una sorgente logica esterna. Può invece essere più semplice alimentare questa uscita alla base di un transistor, e quindi utilizzare il transistor per accendere e spegnere il LED. Il divisore di potenziale sull'ingresso del transistor serve a ridurre l'uscita dell'oscillatore di rilassamento, poiché in è spento, emetterà comunque 2v. Questo deve essere ridotto al di sotto di 0,7 V per non accendere il transistor, altrimenti il LED rimarrà costantemente acceso e cuocerà.

Passaggio 4: aumentare la luminosità

L'altra utile applicazione del PWM con un LED è che il LED può avere una corrente maggiore del normale che lo attraversa rendendolo più luminoso. Normalmente questa corrente distruggerebbe il LED, ma poiché il LED è acceso solo per una frazione del tempo, la potenza media immessa attraverso il LED è in tolleranza. Il limite di questa corrente è definito sulla scheda tecnica del produttore del LED, identificato come corrente di impulso diretto. Spesso ci sono anche dettagli riguardanti la durata minima dell'impulso e i cicli di lavoro. Utilizzando un LED bianco come esempio, le seguenti specifiche sono fornite come: Corrente diretta = 30 mA Corrente diretta dell'impulso = 150 mA Durata dell'impulso = < 10 ms Ciclo di lavoro = < 1:10 Utilizzando le informazioni sulla durata dell'impulso e del ciclo di lavoro, l'oscillatore di rilassamento può essere ricalcolato con T= 2ln(2)RCA Supponendo di utilizzare un condensatore da 10nF, e volendo TON = 10ms, e TOFF = 1ms, si possono fare i seguenti calcoli, e poi disegnare lo schema elettrico.

Passaggio 5: aumento della potenza

L'altro requisito per aumentare la luminosità è aumentare la corrente che scorre attraverso il LED. Questo è relativamente semplice. Supponendo un'alimentazione logica di 5v al LED, e dal foglio dati la tensione standard del LED è 3.6v. La resistenza di protezione può essere calcolata sottraendo la tensione del LED dalla tensione di alimentazione, quindi dividendo questa per la corrente. R = (VS - VLED) / (iMAX)R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R = 9,3 = 10RI È comunque probabile che la sorgente di alimentazione LED non sia in grado di fornire una corrente sufficiente di 100mA, anche se per un tempo molto breve. Potrebbe essere necessario alimentare il LED tramite il transistor, eventualmente comandato da un altro transistor in serie anch'esso in grado di portare la corrente. piccolo. C'è una caduta di 0,7 V su entrambi i transistor e di 3,6 V sul LED, per un totale di 5 V e non lascia nulla per un resistore di protezione. Tuttavia, per la torcia, il controllo può essere posto sull'alimentatore del circuito. VR = 9 - (3,6 + 0,7)VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Passaggio 6: circuito finale

Di seguito lo schema elettrico finale. Una volta implementato, verrà posizionato un interruttore sull'alimentatore e altre cinque coppie LED-resistenze verranno posizionate in parallelo con la coppia esistente.

Passaggio 7: circuito di prova

Questa è una versione a LED singolo del circuito. Non particolarmente ordinato, ma è un prototipo, e segue lo schema elettrico del passaggio 7. Si può anche vedere dall'alimentatore che vengono prelevati solo 24 mA, rispetto ai 30 mA se il LED fosse collegato normalmente. Dalla terza immagine contenente due LED, sembra che entrambi i LED abbiano la stessa luminosità. Tuttavia molto rapidamente, il LED ad azionamento diretto si riscalda rapidamente dando una buona ragione al PWM.

Passaggio 8: torcia finita

Il trasferimento del circuito su veroboard è impegnativo, in particolare condensando l'oscillatore di rilassamento in modo che si adatti al case. La cosa principale da controllare è che nessun filo sia incrociato o che sia abbastanza allentato da incrociarsi. Aggiungendo altri 5 LED, un interruttore in serie con un connettore della batteria e quindi inserirli in una custodia è più semplice. Collegando l'alimentatore al connettore della batteria per testare il circuito, la lettura di corrente media era di circa 85 mA. Questo è significativamente più piccolo di 180 mA (6 * 30 mA) che richiederebbe un sistema di azionamento diretto. Non sono entrato nei dettagli con il trasferimento del circuito dalla breadboard, su veroboard poiché ho mirato a concentrarmi sulla teoria alla base di questo progetto, piuttosto che in particolare è la produzione. Tuttavia, come guida generale, dovresti testare il circuito e farlo funzionare sulla breadboard, quindi trasferire i componenti sulla veroboard, iniziando dai componenti più piccoli. Se sei competente e veloce nella saldatura, potresti essere in grado di saldare in sicurezza un chip direttamente sulla scheda, altrimenti dovresti usare un porta chip.