Regulador de corrente linear de LED de alimentação simples, revisado e esclarecido: 3 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este Instructable é essencialmente uma repetição do circuito regulador de corrente linear de Dan. Sua versão é muito boa, é claro, mas falta algo no sentido de clareza. Esta é minha tentativa de resolver isso. Se você entende e pode construir a versão de Dan, minha versão provavelmente não contará nada terrivelmente novo. No entanto…… Enquanto montava meu próprio regulador com base no de Dan, fiquei olhando para as fotos dos componentes e apertando os olhos - qual pino se conecta a qual outro pino ?? Isso está conectado a isso ou não? É um circuito simples, claro, mas eu não sou engenheiro elétrico e não queria errar … Porque errar, mesmo que seja um pouco, às vezes faz com que as coisas imolem. Eu adicionei um componente: uma chave entre o terminal positivo da fonte de alimentação DC e o resto do circuito para que eu possa ligá-lo e desligá-lo. Não há razão para excluí-lo e é muito útil. Devo também observar aqui no início: quaisquer que sejam as afirmações de "Dan" em contrário, este circuito NÃO é bem adequado para acionar um LED de uma fonte de alimentação que está significativamente acima da queda de tensão do LED. Eu tentei acionar um único LED azul de 3,2 V a 140 mAh (a corrente testada foi na verdade 133 mAh - muito perto) de uma fonte de alimentação de 9,5 volts e o resultado final foi que dentro de 60 segundos, o LED começou a piscar e então, eventualmente desligou … Fez isso várias vezes com períodos cada vez menores de tempo entre a ativação e a falha. Agora ele não liga de jeito nenhum. Dito isso, eu também acionei um único LED RGB de alta potência quase continuamente por um mês agora usando uma fonte de alimentação diferente que corresponde mais de perto à queda de tensão do LED - então este circuito pode funcionar, mais ou menos, mas nem sempre, certamente não como prometido originalmente e pode muito bem arruinar o LED de energia ao longo do caminho. A voz da experiência aqui diz que funcionará desde que as demandas de seus LEDs correspondam à potência em volts proveniente de sua fonte de alimentação. Se você notar cintilação, isso significa que o (s) LED (s) está / estão queimando e está / já está / estão permanentemente danificado (s). Levei seis LEDs de energia destruídos para descobrir isso. "Muitos Bothans morreram para nos trazer essas informações …" Suprimentos: Aqui está a lista de suprimentos de Dan de componentes, palavra por palavra, mas corrigida para o primeiro item (Dan havia fornecido por engano o número do produto de um resistor de 10K ohm, não um 100K ohm- o lista agora mostra um número para o tipo correto). Também adicionei links para os produtos reais mencionados: - R1: resistor de aproximadamente 100k-ohm (como: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: resistor de ajuste de corrente - veja abaixo Q1: pequeno transistor NPN (como: Fairchild 2N5088BU) Q2: FET de canal N grande (como: Fairchild FQP50N06L) LED: LED de energia (como: Luxeon estrela branca de 1 watt LXHL-MWEC)

- O componente da chave, S1, deve ser classificado para a tensão da fonte de alimentação CC que você vai usar. Um switch de 12 V, por exemplo, não será projetado para lidar com 18 V de energia. Observe que Q2 também é chamado de MOSFET, nMOSFET, NMOS, MOSFET de canal n e MOSFET de canal n QFET indistintamente, Q1 também é chamado de transistor de junção bipolar NPN ou NPN BJT. Dan não entra no que "aproximadamente" significa, nem explica o quão longe você pode ir ou o que isso afetará; ele também não explica "pequeno" ou "grande" e os efeitos que eles podem ter. Infelizmente, nem eu. Parece que estamos presos a esses componentes específicos, a menos que obtenhamos um diploma em engenharia elétrica. Especialmente dada a delicadeza do LED envolvido, a aderência estrita parece a única opção razoável.

Em relação a R3:

De acordo com Dan, o valor de R3 em ohms precisa estar relacionado à corrente na qual você deseja acionar seu LED (cujos limites já foram definidos pelo fabricante) de forma que sua corrente desejada em amperes = 0,5 / R3. Em tal equação, maior resistência em R3 resultará em menos corrente sendo conduzida através do LED. Intuitivamente, isso leva à conclusão de que a resistência perfeita (ou seja, a ausência de qualquer resistor) significaria que o LED não funcionaria (0,5 / infinito = menos que zero). Não estou, de fato, absolutamente certo de que isso seja verdade, entretanto, e meus próprios testes empíricos desse circuito indicam que não é assim. No entanto, se procedermos de acordo com o plano de Dan, um R3 de 5 ohms produzirá uma corrente constante de 0,5 / 5 = 0,1 amperes ou 100 miliamperes. Uma grande proporção dos LEDs de energia parece funcionar em torno de 350 mAh, portanto, para eles, você precisará estabelecer um valor R3 de cerca de 1,5 ohms. Para aqueles menos familiarizados com resistores, lembre-se de que você pode estabelecer 1,5 ohms usando uma combinação de diferentes resistores em paralelo, desde que o resultado final combinado seja 1,5 ohms de resistência. Se estiver usando dois resistores, por exemplo, o valor de R3 será igual ao valor do resistor 1 multiplicado pelo valor do resistor 2 e o produto dividido pelo total de R1 + R2. Outro exemplo: 1 resistor de 5 ohms combinado em paralelo com outro de, digamos, 3 ohms, dá a você (5x3) / (5 + 3) = 15/8 = 1,875 ohms que resultaria em uma corrente constante neste circuito de 0,5 / 1,875 = 0,226 amps ou 266 mAh.

Os resistores são classificados para diferentes capacidades de dissipação de energia. Resistores pequenos podem dissipar menos energia do que os maiores, porque os maiores não incineram tão rapidamente se houver muita corrente passando por eles. Você não pode usar um resistor montado em superfície neste circuito porque ele não pode lidar com a dissipação de energia. Além disso, você não conseguirá encontrar um resistor que seja "muito grande". Resistores maiores / fisicamente maiores são apenas capazes de lidar com mais potência do que os menores. Os maiores podem custar mais para serem obtidos e ocuparão mais espaço, mas o custo é geralmente insignificante (cada estéreo quebrado tem uma centena de resistores com enormes classificações de potência) e a diferença de espaço é da ordem de milímetros cúbicos, então sinta-se à vontade para errar por excesso de cautela e usar os maiores resistores de resistência adequados que puder encontrar. Você pode selecionar um muito pequeno, mas é impossível selecionar um muito grande.

Observe que se por acaso você tiver algum fio de alta resistência de nicrómio disponível, provavelmente poderá cortá-lo em um comprimento que corresponda às suas necessidades de resistência, sem ter que usar vários resistores. Você precisará de um ohmímetro para testar o valor real da resistência e tenha em mente que provavelmente há algum grau de resistência (talvez até 1 ohm) entre os dois fios do ohmímetro: teste primeiro por tocá-los juntos e ver o que o dispositivo lê, em seguida, leve em conta isso quando determinar a quantidade de fio de nicromo que você vai usar (se detectar 0,5 ohms de resistência ao tocar os fios de seu ohmímetro juntos, e precisar terminar com, digamos, 1,5 ohms de resistência em seu fio de nicromo, então você precisa desse fio para "medir" 2,0 ohms de resistência para você no ohmímetro).

Como alternativa, também existe uma maneira de usar um pouco de fio de nicromo para completar este circuito, mesmo para um LED cuja corrente nominal você não conhece! Quando o circuito estiver completo, mas sem R3, use um comprimento de fio de nicromo que seja definitivamente mais longo do que a quantidade de resistência necessária em pelo menos uma polegada ou duas (quanto mais grosso for o fio, mais longo será o pedaço de que você precisará. Em seguida, ligue o circuito - nada acontecerá. Agora prenda uma furadeira no meio do U do fio de nicromo de forma que, conforme a furadeira torça, ele começará a enrolar o fio em torno de uma broca. Ligue LENTAMENTE a furadeira. Se todas as outras partes do circuito estão conectados corretamente, o LED em breve acenderá muito fracamente e ficará mais brilhante à medida que o fio ficar mais curto! Pare quando a luz estiver forte - se o fio ficar muito curto, o LED vai queimar. É necessariamente fácil julgar quando esse momento é alcançado, entretanto, você estará se arriscando com essa técnica.

Em relação aos dissipadores de calor: Dan também menciona a possível importância dos dissipadores de calor para este projeto, e a necessidade de uma fonte de alimentação DC externa entre 4 e 18 volts (aparentemente amperes não importam para esta fonte de alimentação, embora eu não saiba disso para certo). Se você estiver operando um LED de energia, precisará de algum tipo de dissipador de calor conectado a ele e provavelmente precisará de um além do escopo da simples "estrela" em forma de asa de morcego de alumínio fornecida com muitos LEDs Luxeon. Você só precisará de um dissipador de calor para Q2 se estiver executando mais de 200 mAh de energia através de seu circuito e / ou a diferença de tensão entre sua fonte de alimentação DC e a "queda" de tensão combinada de seus LEDs for "grande" (se o diferença é mais de 2 volts, eu teria certeza de usar um dissipador de calor). O uso mais eficiente de qualquer dissipador de calor também requer o uso de uma pequena quantidade de graxa térmica (Arctic Silver é considerado um produto de alta qualidade): limpe o dissipador de calor e o corpo do MOSFET / LED com álcool, passe um pano macio, camada FINA de graxa térmica sobre cada superfície (eu gosto de usar uma lâmina de faca X-acto para obter os resultados mais lisos, uniformes e finos) e, em seguida, pressione as superfícies uma contra a outra e prenda usando um ou mais parafusos no local apropriado. Alternativamente, existem vários tipos de fitas térmicas que também servirão para o mesmo propósito. Aqui estão algumas opções adequadas para um dissipador de calor e fonte de alimentação para uma configuração típica de LED único (lembre-se, você pode precisar de DOIS dissipadores de calor - um para o LED e um para o MOSFET - em muitas configurações): Dissipador de calor Fonte de alimentação

Com relação às fontes de alimentação: Nota rápida com relação às fontes de alimentação: virtualmente todas as fontes de alimentação indicam em algum lugar em sua embalagem quantos volts elas irão e amperes que podem fornecer. No entanto, o número de volts é quase universalmente subestimado e praticamente todas as fontes de alimentação realmente fornecem uma quantidade de voltagem maior do que a indicada em sua embalagem. Por este motivo, será importante testar qualquer fonte de alimentação que alega fornecer volts perto da extremidade superior do nosso espectro (ou seja, perto de 18 volts) para ter certeza de que não está realmente fornecendo muita energia (25 volts provavelmente exceder as limitações de design do nosso circuito). Felizmente, por causa da natureza do circuito, esse exagero de voltagem normalmente não será um problema, pois o circuito pode gerenciar uma ampla faixa de voltagens sem danificar o (s) LED (s).

Etapa 1: Crie o (s) dissipador (es) de calor

Se precisar de um dissipador de calor para o Q2, pode ser necessário fazer um orifício nesse dissipador para passar um parafuso no grande orifício no corpo do MOSFET. Não há necessidade de um parafuso exato, desde que seu parafuso seja capaz de passar pelo orifício MOSFET, a cabeça do parafuso seja maior (apenas ligeiramente) do que este orifício e o diâmetro do orifício que você cria no dissipador de calor seja não muito menor que o diâmetro do cilindro do parafuso. Geralmente, se você usa uma broca cujo diâmetro é próximo, mas ligeiramente menor do que o diâmetro do cilindro do parafuso, você não terá dificuldade em prender o MOSFET ao dissipador de calor. As roscas na maioria dos parafusos de aço são mais do que fortes o suficiente para cortar um dissipador de calor (desde que seja de alumínio ou cobre) e, assim, "criar" o orifício roscado necessário. A perfuração do alumínio deve ser feita com algumas gotas de óleo de máquina muito fino na ponta da broca (como 3-em-um ou óleo de máquina de costura) e a broca pressionada com pressão firme e suave em cerca de 600 rpms e 115 in-lbs de torque (esta furadeira Black & Decker ou algo semelhante funcionará bem). Tenha cuidado: este será um buraco muito pequeno e raso e sua broca muito fina pode quebrar se muita pressão for aplicada a ela por muito tempo! Observe bem: o "corpo" do Q2 está eletricamente conectado ao pino da "fonte" do Q2 - se algo em seu circuito tocar este dissipador de calor que não seja o corpo do MOSFET, você pode criar um curto-circuito que pode explodir seu LED. Considere cobrir o lado do dissipador de calor voltado para seus fios com uma camada de fita isolante para evitar que isso aconteça (mas não envolva o dissipador de calor com mais do que o necessário, pois seu objetivo é mover o calor do MOSFET para o ar circundante - fita isolante é um isolante, não um condutor de energia térmica).

Etapa 2: o circuito

Aqui está o que você precisa fazer para criar este circuito:

* Solde o fio positivo de sua fonte de alimentação para o nó positivo em seu LED. Solde também uma extremidade do resistor de 100K no mesmo ponto (o nó positivo no LED).

* Solde a outra extremidade desse resistor no pino GATE do MOSFET e no pino COLETOR do transistor menor. Se você tivesse colado os dois transistores e tivesse o lado metálico do MOSFET voltado para longe de você com todos os seis pinos do transistor apontando para baixo, o pino GATE e o pino COLETOR são os PRIMEIROS DOIS PINOS desses transistores - em outras palavras, solde os dois pinos mais à esquerda dos transistores e solde-os na extremidade não conectada do resistor de 100K.

* Conecte o pino do meio do MOSFET, o pino DRAIN, ao nó negativo do LED com um fio. Nada mais será anexado ao LED.

* Conecte o pino BASE do transistor pequeno (ou seja, o pino do meio) ao pino FONTE do MOSFET (que é o pino mais à direita).

* Conecte o pino EMISSOR (o pino mais à direita) do transistor menor ao fio negativo de sua fonte de alimentação.

* Conecte o mesmo pino a uma extremidade de R3, seu (s) resistor (es) de escolha para as necessidades do seu LED.

* Conecte a OUTRA extremidade desse resistor ao pino BASE / pino FONTE mencionado anteriormente de ambos os transistores.

Resumo: tudo isso significa que você está conectando os pinos do meio e da extrema direita do transistor pequeno um ao outro através do resistor R3, e está conectando os transistores um ao outro duas vezes diretamente (GATE para COLETOR, FONTE para BASE) e mais uma vez indiretamente via R3 (EMISSOR para FONTE). O pino do meio do MOSFET, o DRAIN, não tem nada a fazer, exceto se conectar ao nó negativo do seu LED. O LED se conecta ao fio da fonte de alimentação de entrada e a uma extremidade de R1, o resistor de 100K (o outro nó do LED é conectado ao pino DRAIN, conforme mencionado). O pino EMISSOR se conecta diretamente ao fio negativo de sua fonte de alimentação e, em seguida, volta a si mesmo (em seu próprio pino BASE) e ao MOSFET pela terceira e última vez através do resistor R3 que também se conecta diretamente ao fio negativo de a fonte de energia. O MOSFET nunca se conecta diretamente aos fios negativos ou positivos da fonte de alimentação, mas se conecta a AMBOS através de cada um dos dois resistores! Não há resistor entre o terceiro pino do transistor pequeno, seu EMISSOR e o fio negativo da fonte de alimentação - ele se conecta diretamente. Na outra extremidade da configuração, a fonte de alimentação de entrada se conecta diretamente ao LED, embora possa estar bombeando muita energia (no início) para não queimar aquele LED: a tensão extra que teria causado esse dano está sendo roteado de volta através do resistor de 100K e através de nossos transistores que irão mantê-lo sob controle.

Etapa 3: Ligue-o: solucione o problema, se necessário

Uma vez que o (s) dissipador (es) de calor estejam conectados e suas juntas de solda estejam todas firmes e você tenha certeza de que seu (s) LED (s) está (ão) orientado (s) corretamente e você conectou os condutores corretos aos fios corretos, é hora de conectar a fonte de alimentação DC e ligue o interruptor! Neste ponto, é provável que aconteça uma de três coisas: o (s) LED (s) acenderão conforme o esperado, o (s) LED (s) piscarão rapidamente e depois apagarão ou nada acontecerá. Se você obtiver o primeiro desses resultados, parabéns! Agora você tem um circuito funcionando! Que isso dure muito tempo. Se você obtiver o resultado # 2, então você acabou de explodir seu (s) LED (s) e precisará reiniciar com outros novos (e você precisará reavaliar seu circuito e descobrir onde você errou, provavelmente conectando um fio incorretamente ou deixando 2 fios se cruzarem que você não deveria ter). Se você obtiver o resultado # 3, há algo errado com seu circuito. Desligue-o, desconecte a fonte de alimentação DC e examine o circuito conexão por conexão, certificando-se de conectar cada cabo corretamente e de que todos os LEDs estão orientados corretamente dentro do circuito. Além disso, considere verificar novamente o valor de miliamperes conhecido de seu (s) LED (s) e certificar-se de que o valor que você escolheu e está usando para R3 fornecerá corrente suficiente para acioná-los. Verifique novamente o valor de R1 e certifique-se de que é 100k ohms. Finalmente, você pode testar Q1 e Q2, mas os métodos para fazer isso estão além do escopo deste Instructable. Novamente: as razões mais prováveis para a ausência de luz são estas: 1.) o (s) seu (s) LED (s) está / não está (ão) orientado (s) corretamente - verifique a orientação usando o multímetro e reoriente se necessário; 2.) você tem uma junta de solda solta em algum lugar do circuito - pegue um ferro de solda e re-soldar todas as conexões que possam estar soltas; 3.) você tem um fio cruzado em algum lugar do circuito - verifique se há curtos em todos os fios e separe qualquer um que possa estar se tocando - é necessário apenas um pequeno fio de cobre solto em algum lugar para fazer o circuito falhar; 4.) seu R3 é de um valor muito alto para permitir que o (s) LED (s) operem - considere substituí-lo por um resistor de resistência inferior ou encurte ligeiramente o fio de nicromo; 5.) sua chave não está fechando o circuito - teste com o multímetro e conserte ou substitua; 6.) você danificou anteriormente o (s) LED (s) ou um dos outros componentes no diagrama: a.) Deixando de usar resistores adequadamente grandes (ou seja, um resistor de potência suficiente - R3 deve ser de pelo menos 0,25 resistor watt) ou um dissipador de calor suficientemente grande para Q2 ou para seu (s) LED (s) (tanto Q2 quanto seus LEDs estão rapidamente sujeitos a potenciais danos térmicos se não forem conectados a dissipadores de calor antes de ligar o circuito), ou; b.) cruzar fios e acidentalmente danificar seu (s) LED (s) (isso geralmente é acompanhado por uma baforada de fumaça malcheirosa); ou 7.) você está usando um Q1 ou Q2 que não é correto para este circuito. Nenhum outro tipo de resistor é conhecido como substituto compatível para esses dois componentes - se você tentar criar este circuito a partir de outros tipos de transistores, deve esperar que o circuito não funcione. Gostaria de poder responder a perguntas técnicas sobre a construção de circuitos e drivers de LED, mas como disse antes, não sou um especialista e muito do que você vê aqui já foi abordado em outro Instructable escrito por alguém que sabe mais sobre este processo do que eu. Espero que o que eu dei a você aqui seja pelo menos mais claro e mais explícito do que outros Instructables semelhantes disponíveis neste site. Boa sorte!

Se o seu circuito funcionar, parabéns! Antes de encerrar o projeto, certifique-se de remover qualquer fluxo remanescente de suas juntas de solda com álcool isopropílico ou outro solvente adequado, como tolueno. Se o fluxo permanecer em seu circuito, ele irá corroer seus pinos, danificar seu fio de nicromo (se você usar um) e até mesmo danificar seu LED se houver tempo suficiente. Flux é ótimo, mas quando você terminar, tem que ir! Além disso, certifique-se de que, independentemente da configuração da sua luz para funcionar, não haverá nenhuma chance de qualquer um de seus fios se tocar acidentalmente ou se separar quando o circuito for usado ou movido. Um grande chumaço de cola quente pode ser usado como uma espécie de composto de envasamento, mas o composto de envasamento real seria melhor. Um circuito desprotegido que é usado para qualquer coisa está sujeito a falhas com o tempo, e as juntas de solda às vezes não são tão estáveis quanto gostaríamos de pensar que são. Quanto mais seguro for o circuito final, mais uso você terá dele!