Tocha LED modulada por largura de pulso: 8 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

A modulação por largura de pulso (PWM) pode ser usada para variar a potência, velocidade ou brilho de muitos dispositivos. Com LEDs, o PWM pode ser usado para escurecê-los ou torná-los mais brilhantes. Vou usá-los para fazer uma pequena tocha manual. Um LED pode ser escurecido ligando e desligando rapidamente, várias vezes por segundo. Variando a proporção do espaço de marcação, o brilho é variado. Uma implementação simples de um sistema PWM seria um relógio alimentando um LED e um resistor de proteção para o solo. O relógio deve oscilar idealmente a uma frequência de 50 Hz para garantir que você não verá a oscilação. Para testar isso, você pode usar um gerador de sinal para fornecer uma onda quadrada, como abaixo, ou criar um circuito para fazer isso por você.

Etapa 1: Oscilador de relaxamento

Este circuito produzirá uma onda quadrada com um ciclo de trabalho de 50%. Dois resistores de 10K conectados à entrada + do amplificador operacional fornecem uma tensão de referência, e R1 e C1, conectados à entrada-, criam uma constante de tempo que controla a frequência, f = 1 / {2ln (3) RC}. O capacitor C1 carrega e descarrega através do resistor R1, e o tempo que esse ciclo leva para ocorrer é o período da forma de onda.

Etapa 2: Oscilador de relaxamento

Ao definir a frequência na etapa 1, R1 pode ser substituído por um potenciômetro, RP, com um valor de 2R1 e dois diodos. Esta alteração permitirá que o ciclo de trabalho varie, mantendo uma frequência constante. Para efeitos de PWM geral de LEDs, não há necessidade de precisão absoluta com a frequência. Se houver um requisito de precisão, o potenciômetro escolhido deve ser o mais próximo, mas não mais do que 2R1, e um resistor de compensação igual a R1-RP / 2. Uma solução alternativa é usar dois resistores em série com os dois diodos, para fornecer um ciclo de trabalho fixo e predefinido.

Etapa 3: Saída do oscilador de relaxamento

O sinal do relógio pode ser conectado diretamente a um único LED, mas isso não permitirá que o LED seja controlado por uma fonte lógica externa. Em vez disso, pode ser mais fácil alimentar esta saída para a base de um transistor e, em seguida, usar o transistor para ligar e desligar o LED. O divisor de potencial na entrada do transistor é para reduzir a saída do oscilador de relaxamento, uma vez que em está desligado, ainda produzirá 2v. Isso precisa ser reduzido para menos de 0,7 V para não ligar o transistor, caso contrário, o LED permanecerá aceso constantemente e cozinhará.

Etapa 4: aumentar o brilho

A outra aplicação útil do PWM com um LED é que o LED pode ter uma corrente maior do que o normal passando por ele, tornando-o mais brilhante. Normalmente esta corrente destruiria o LED, mas como o LED fica aceso apenas por uma fração do tempo, a potência média passada pelo LED está dentro da tolerância. O limite desta corrente é definido na folha de dados do fabricante para o LED, identificado como a corrente de pulso direta. Freqüentemente, também há detalhes sobre a largura de pulso mínima e os ciclos de trabalho. Usando um LED branco como exemplo, as seguintes especificações são dadas como: Corrente direta = 30mAPulse Corrente direta = 150mAPulse Width = <10msDuty Cycle = <1: 10Usando a largura de pulso e as informações de duty cycle, o oscilador de relaxamento pode ser recalculado com T = 2ln (2) RCAsupondo que um capacitor de 10nF seja usado e desejando TON = 10ms e TOFF = 1ms, os seguintes cálculos podem ser feitos e, em seguida, o diagrama de circuito desenhado.

Etapa 5: aumento de potência

O outro requisito para aumentar o brilho é aumentar a corrente que flui pelo LED. Isso é relativamente simples. Supondo uma alimentação lógica de 5 V para o LED e, a partir da planilha de dados, a voltagem padrão do LED é 3,6 V. O resistor de proteção pode ser calculado subtraindo a tensão do LED da tensão de alimentação e, em seguida, dividindo-a pela corrente. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R = 9,3 = 10RT é, no entanto, provável que a fonte de alimentação do LED não seja capaz de fornecer uma corrente suficiente de 100mA, mesmo que seja por um período muito curto. Pode ser necessário alimentar o LED através do transistor, possivelmente controlado por outro transistor em série também capaz de transportar a corrente. Neste circuito, a tensão de alimentação do amplificador operacional deve ser usada, pois a alimentação lógica de 5v também será pequena. Há uma queda de 0,7 V em ambos os transistores e 3,6 V no LED, totalizando 5 V, e não sobrando nada para o resistor de proteção. No entanto, para a tocha, o controle pode ser colocado sobre a fonte de alimentação do circuito. VR = 9 - (3,6 + 0,7) VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Etapa 6: Circuito final

Abaixo está o diagrama do circuito final. Quando implementado, um switch será colocado na fonte de alimentação e outros cinco pares de resistores LED serão colocados em paralelo com o par existente.

Etapa 7: Circuito de teste

Esta é uma versão de LED único do circuito. Não é especialmente arrumado, mas é um protótipo e segue o diagrama de circuito da etapa 7. Você também pode ver na fonte de alimentação que apenas 24mA está sendo consumido, em comparação com 30mA se o LED estava conectado normalmente. A partir da terceira imagem contendo dois LEDs, parece que os dois LEDs têm o mesmo brilho. No entanto, muito rapidamente, o LED de acionamento direto aquece rapidamente, dando uma boa razão para o PWM.

Etapa 8: Tocha acabada

Transferir o circuito para veroboard é um desafio, especialmente condensar o oscilador de relaxamento para que ele se encaixe no gabinete. O principal a verificar é se nenhum fio está cruzado ou solto o suficiente para se cruzar. Adicionar mais 5 LEDs, um switch em série com um conector de bateria e depois colocá-los em uma caixa é mais simples. Conectando a fonte de alimentação ao conector da bateria para testar o circuito, a leitura de corrente média foi de aproximadamente 85mA. Isso é significativamente menor do que 180mA (6 * 30mA) que um sistema de acionamento direto exigiria. Não entrei em muitos detalhes com a transferência do circuito da placa de ensaio para o veroboard, pois tentei me concentrar na teoria por trás deste projeto, em vez do que especificamente a produção. No entanto, como um guia geral, você deve testar o circuito e fazê-lo funcionar na placa de ensaio e, em seguida, transferir os componentes para o veroboard, começando com os componentes menores. Se você for competente e rápido em soldar, poderá soldar com segurança um chip diretamente na placa, caso contrário, deverá usar um porta-chip.