Pulsweitenmodulierte LED-Taschenlampe - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:23

Pulsweitenmodulation (PWM) kann verwendet werden, um die Leistung, Geschwindigkeit oder Helligkeit vieler Geräte zu variieren. Bei LEDs kann PWM verwendet werden, um sie zu dimmen oder heller zu machen. Ich werde sie verwenden, um eine kleine Handlampe zu machen. Eine LED kann gedimmt werden, indem man sie mehrmals pro Sekunde schnell ein- und ausschaltet. Durch Variation des Tastverhältnisses wird die Helligkeit variiert. Eine einfache Implementierung eines PWM-Systems wäre eine Uhr, die eine LED und einen Schutzwiderstand auf Masse speist. Die Uhr sollte idealerweise mit einer Frequenz von 50 Hz schwingen, um sicherzustellen, dass Sie nichts sehen die Schwingung. Um dies zu testen, können Sie entweder einen Signalgenerator verwenden, um eine Rechteckwelle bereitzustellen, wie unten beschrieben, oder eine Schaltung erstellen, die dies für Sie erledigt.

Schritt 1: Entspannungsoszillator

Diese Schaltung erzeugt eine Rechteckwelle mit einem Tastverhältnis von 50%. Zwei 10K-Widerstände, die mit dem +Eingang des Operationsverstärkers verbunden sind, liefern eine Referenzspannung, und R1 und C1, die mit dem -Eingang verbunden sind, erzeugen eine Zeitkonstante, die die Frequenz steuert, f = 1/{2ln(3)RC}. Der Kondensator C1 lädt und entlädt sich über den Widerstand R1, und die Zeit, die für das Auftreten dieses Zyklus benötigt wird, ist die Periode der Wellenform.

Schritt 2: Entspannungsoszillator

Durch die Definition der Frequenz in Schritt 1 kann R1 durch ein Potentiometer RP mit einem Wert von 2R1 und zwei Dioden ersetzt werden. Diese Änderung ermöglicht eine Variation des Tastverhältnisses unter Beibehaltung einer konstanten Frequenz. Für die allgemeine PWM von LEDs ist keine absolute Präzision bei der Frequenz erforderlich. Wenn Präzision erforderlich ist, sollte das gewählte Potentiometer so nah wie, aber nicht mehr als 2R1 und ein Kompensationswiderstand gleich R1-RP/2 sein. Eine alternative Lösung besteht darin, zwei Widerstände in Reihe mit den beiden Dioden zu verwenden, um einen festen und vordefinierten Arbeitszyklus zu erhalten.

Schritt 3: Relaxationsoszillatorausgang

Das Taktsignal kann entweder direkt an eine einzelne LED angeschlossen werden, jedoch kann die LED dadurch nicht von einer externen Logikquelle gesteuert werden. Es kann stattdessen einfacher sein, diesen Ausgang der Basis eines Transistors zuzuführen und dann den Transistor zum Ein- und Ausschalten der LED zu verwenden. Der Potentialteiler am Eingang des Transistors soll den Ausgang des Relaxationsoszillators reduzieren, da in Es ist ausgeschaltet, es gibt immer noch 2 V aus. Dieser muss auf unter 0,7 V reduziert werden, um den Transistor nicht einzuschalten, sonst bleibt die LED konstant an und kocht.

Schritt 4: Erhöhen der Helligkeit

Die andere nützliche Anwendung von PWM mit einer LED besteht darin, dass durch die LED ein größerer als normaler Strom geleitet werden kann, wodurch sie heller wird. Normalerweise würde dieser Strom die LED zerstören, aber da die LED nur für einen Bruchteil der Zeit eingeschaltet ist, liegt die durchschnittliche Leistung durch die LED innerhalb der Toleranz. Die Grenze dieses Stroms ist auf dem Datenblatt des Herstellers der LED definiert, gekennzeichnet als Vorwärtsimpulsstrom. Oftmals werden auch Angaben zur minimalen Pulsbreite und zum Tastverhältnis gemacht. Am Beispiel einer weißen LED werden die folgenden Spezifikationen angegeben als: Vorwärtsstrom = 30mAPulse Vorwärtsstrom = 150mAPulse Width =< 10msDuty Cycle =< 1:10Mit Hilfe der Pulsbreiten- und Tastverhältnisinformationen kann der Relaxationsoszillator mit T=. neu berechnet werden 2ln(2)RCA Angenommen, ein 10nF-Kondensator wird verwendet und möchten TON = 10 ms und TOFF = 1 ms, können die folgenden Berechnungen durchgeführt und dann der Schaltplan gezeichnet werden.

Schritt 5: Leistungserhöhung

Die andere Anforderung zur Erhöhung der Helligkeit besteht darin, den durch die LED fließenden Strom zu erhöhen. Dies ist relativ einfach. Unter der Annahme einer 5-V-Logikversorgung der LED und aus dem Datenblatt beträgt die Standardspannung der LED 3,6 V. Der Schutzwiderstand kann berechnet werden, indem die LED-Spannung von der Versorgungsspannung abgezogen und dann durch den Strom geteilt wird. R = (VS - VLED) / (iMAX)R = (5 - 3,6) / 0,15R = 1,4 / 0,15R = 9,3 = 10RI Es ist jedoch wahrscheinlich, dass die LED-Versorgungsquelle nicht in der Lage ist, einen ausreichenden Strom von 100 mA bereitzustellen, selbst wenn dies nur für sehr kurze Zeit der Fall ist. Es kann erforderlich sein, die LED über den Transistor mit Strom zu versorgen, möglicherweise gesteuert durch einen anderen in Reihe geschalteten Transistor, der auch den Strom führen kann. In dieser Schaltung sollte die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers verwendet werden, da die 5 V-Logikversorgung ebenfalls verwendet wird klein. Es gibt einen Abfall von 0,7 V über beiden Transistoren und 3,6 V über der LED, insgesamt 5 V, und es bleibt nichts für einen Schutzwiderstand übrig. Für den Brenner kann die Steuerung jedoch über die Stromversorgung des Kreislaufs gelegt werden. VR = 9 - (3,6 + 0,7)VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Schritt 6: Endschaltung

Unten ist der endgültige Schaltplan. Bei der Implementierung wird ein Schalter auf das Netzteil gelegt und weitere fünf LED-Widerstandspaare werden parallel zum bestehenden Paar geschaltet.

Schritt 7: Testschaltung

Dies ist eine einzelne LED-Version der Schaltung. Nicht besonders aufgeräumt, aber es ist ein Prototyp und folgt dem Schaltplan aus Schritt 7. Sie können auch am Netzteil sehen, dass nur 24 mA gezogen werden, verglichen mit den 30 mA bei normalem Anschluss der LED. Aus dem dritten Bild mit zwei LEDs geht hervor, dass beide LEDs die gleiche Helligkeit haben. Allerdings wird die direkt angesteuerte LED sehr schnell warm, was einen guten Grund für PWM gibt.

Schritt 8: Fertige Fackel

Die Übertragung der Schaltung auf das Veroboard ist eine Herausforderung, insbesondere das Verdichten des Relaxationsoszillators, damit er in das Gehäuse passt. Die Hauptsache, die Sie überprüfen müssen, ist, dass keine Drähte gekreuzt sind oder locker genug sind, um sie zu kreuzen. Das Hinzufügen weiterer 5 LEDs, eines Schalters in Reihe mit einem Batterieanschluss und das anschließende Platzieren in einem Gehäuse ist einfacher. Beim Anschließen des Netzteils an den Batterieanschluss zum Testen der Schaltung betrug der durchschnittliche Stromwert ungefähr 85 mA. Dies ist deutlich kleiner als 180 mA (6 * 30 mA), die ein Direktantriebssystem erfordern würde als speziell ist es die Produktion. Als allgemeine Richtlinie sollten Sie jedoch die Schaltung testen und auf dem Steckbrett zum Laufen bringen, dann die Komponenten auf das Veroboard übertragen, beginnend mit den kleineren Komponenten. Wenn Sie kompetent und schnell im Löten sind, können Sie möglicherweise einen Chip direkt auf die Platine löten, ansonsten sollten Sie einen Chiphalter verwenden.