Потужні світлодіоди 1 Вт і вище зараз зовсім недорогі. Я впевнений, що багато хто з вас використовують такі світлодіоди в своїх проектах.
Однак харчування таких світлодіодів як і раніше не таке просте і вимагає спеціальних драйверів. Готові драйвера зручні, але вони не регульовані, або часто їх можливості зайві. Навіть можливості мого власного універсального світлодіодного драйвера можуть бути зайвими. Деякі проекти вимагають найпростішого драйвера, можливості якого вистачить.
Poorman's Buck - простий світлодіодний драйвер постійного струму.
Цей світлодіодний драйвер побудований без мікроконтролера або спеціалізованої мікросхеми. Всі використовувані деталі легкодоступні.
Хоча драйвер замислювався як найпростіший, я додав функцію регулювання струму. Струм може підлаштовуватися регулятором, встановленим на платі або ШИМ сигналом. Це робить драйвер ідеальним для використання з Arduino або іншими керуючими пристроями - ви можете керувати потужними світлодіодами мікро контролером, просто відправляючи ШІМ сигнал. З Arduino ви можете просто подавати сигнал з "AnalogWrite ()" для управління яскравістю потужних світлодіодів.
Функції драйвера
Робота за схемою buck-конвертера (імпульсного понижуючого (step-down) перетворювача)
Широкий діапазон вихідних напруги від 5 до 24В. Живлення від батарей і адаптерів змінного струму.
Настроюється вихідний струм до 1А.
Метод контролю струму "цикл за циклом"
До 18Вт вихідної потужності (при напрузі живлення 24В і шістьма 3 Вт світлодіодами)
Контроль струму за допомогою потенціометра.
Контроль струму може бути використаний як вбудований диммер.
Захист від короткого замикання на виході.
Можливість управління ШІМ сигналом.
Маленькі розміри - всього 1х1,5х0,5 дюйма (без урахування ручки потенціометра).
Схема світлодіодного драйвера
Схема побудована на дуже поширеному інтегральному подвійному компараторе LM393, включеним по схемі понижуючого перетворювача.
Індикатор вихідного струму зроблений на R10 і R11. В результаті напруга пропорційно току відповідно до закону Ома. Ця напруга порівнюється з опорною напругою на компараторе. Коли Q3 відкривається, струм тече через L1, світлодіоди і резистори R10 і R11. Індуктор не дозволяють току підвищуватися різко, тому струм зростає поступово. Коли напруга на резисторі підвищується, напруга на інвертується вході компаратора також збільшується. Коли воно стає вище опорного напруги, Q3 закривається і струм через нього перестає текти.
Оскільки індуктор "заряджений", в схемі залишається струм. Він тече через діод Шотткі D3 і живить світлодіоди. Поступово цей струм загасає і цикл починається знову. Цей метод контролю струму називається "цикл за циклом". Також цей метод має захист від короткого замикання на виході.
Весь цей цикл відбувається дуже швидко - більш ніж 500 000 разів в секунду. Частота цих циклів змінюється в залежності від напруги живлення, прямого падіння напруги на світлодіоді і струму.
Опорна напруга створюється звичайним діодом. Пряме падіння напруги на діоді становить близько 0,7 В і після діода напруга залишається постійним. Потім цю напругу регулюється потенціометром VR1 для контролю вихідного струму. За допомогою потенціометра вихідний струм можна змінювати в діапазоні близько 11:01 або від 100% до 9%. Це дуже зручно. Іноді після установки світлодіодів вони виявляються набагато яскравіше, ніж очікувалося. Ви можете просто зменшити струм для отримання необхідної вам яскравості. Ви можете замінити потенціометр двома звичайними резисторами, якщо ви хочете встановити яскравість світлодіодів один раз.
Перевага такого регулятора в тому, що він контролює вихідний струм без "спалювання" надлишкової енергії. Енергії від джерела живлення береться тільки стільки, скільки потрібно, щоб отримати необхідний вихідний струм. Трохи енергії втрачається через опір і інших чинників, але ці втрати мінімальні. Такий конвертер має ефективність 90% і вище.
Цей драйвер при роботі мало гріється і не вимагає відводу тепла.
Налаштування вихідного струму
Драйвер може бути налаштований на вихідний струм від 350 мА до 1А. Змінюючи значення R2 і підключаючи опір R11, ви можете змінити вихідний струм.
Потенціометр змінює вихідний струм від 9 до 100% від заданого струму. Якщо ви налаштували драйвер на 1А на виході, то мінімальний можливий вихідний струм буде 90мА. Це можна використовувати для регулювання яскравості світлодіода.
Для основної роботи схеми досить одного компаратора. Але в LM393 є два компаратора. Щоб другий компаратор не зникав, я додав управління ШІМ сигналом. Другий компаратор працює як логічний, так що на вході ШІМ не повинен бути нікуди підключений або на ньому повинен бути високий логічний рівень. Зазвичай цей висновок можна залишити поза підключеним і драйвер буде працювати без ШІМ. Але якщо вам потрібен додатковий контроль, ви можете підключити Arduino або мікроконтролер і управляти світлодіодами за допомогою його. За допомогою одного Arduino можна контролювати до 6 драйверів.
ШІМ працює в межах поточного рівня, встановленого потенціометром. Тобто якщо ви поставите мінімальний струм і ШІМ на 10%, то струм буде ще нижче.
Джерело ШІМ сигналу не обмежується мікро контролером. Можна використовувати все, що виробляє напругу від 0 до 5В. Можете використовувати фоторезистори, таймери, логічні мікросхеми. Максимальна частота ШІМ становить близько 2 кГц, але я думаю, що максимальна частота 1 кГц буде оптимальною.
ШІМ вхід також може бути використаний в якості входу для пульта дистанційного керування включення / вимикання. Але схема буде працювати, коли вимикач розімкнений і вимкнена, коли замкнутий.
Збірка схеми дуже проста. Всі використані деталі стандартні.
Індуктивність L1 може бути від 47 до 100 мкГн, з струмом як мінімум 1.2а. C1 може бути від 1 до 10 мкФ. С4 може бути до 22 мкФ, на мінімум 35В постійного струму.
Q1 і Q2 можна замінити на практично будь-які транзистори загального призначення. Q3 може бути замінений іншим P-канальним MOSFET -транзістором з струмом витоку більш 2А, напругою стік-витік не менше 30 В, і вхідним порогом нижче 4В.
збірка
Припаяйте деталі починаючи з самих маленьких, в даному випадку це IC1. Всі резистори і діоди встановлені вертикально. Будьте уважні з полярністю і цоколевке діодів і транзисторів.
Я розробив односторонню друковану плату, яку можна виготовити вдома. Gerber файли можна завантажити нижче.
підключення світлодіодів
Напруга харчування повинно бути не менше 2В, відповідно до документації до світлодіодів. Напруга харчування білих світлодіодів близько 3.5В.
При максимальній напрузі живлення до цього драйверу можна підключити до 6 світлодіодів, з'єднаних послідовно. Краще підключати світлодіоди так, щоб всі вони отримували однаковий струм. Нижче показано кількість світлодіодів і необхідну їм напруга живлення.
Нарешті то знайшов час і зібрав цей драйвер.
Збирав по таблиці для 350 мА, зняти вдалося 300 мА ... замінимо Р2 з 10 кому на 6.2 кОм отримав 340 мА, а якщо поставити 4.7 кОм то струм виходить 390 мА, думаю суть зрозуміла!
Що стосується нагрівання, температура польового транзистора і самої плати трохи більше кімнатної, думаю градусів 37 максимум.
Використовував індуктивність 47 мГн (мілігенрімаркіровка 470 - а якщо брати 100 мГн то пов буде 101), транзистори 2N5551. 2N5401. IRFU9024, діод IN5819.
Роботу управління яскравістю перевіряв від регульованого БП, отримав наступне при подачі напруги близької до 5 вольт, струм зменшився на 20 мА, ніж контакту PWM в повітрі, регулюється приблизно в діапазоні 1-2.4 вольта, але мінімальний струм який вдалося отримати це 200 мА, не знаю що робив не так, але в описі написано «Можна використовувати все, що виробляє напругу від 0 до 5В», при замиканні цього контакту на землю драйвер відключається ...
Запрацювала відразу, налагодження не потрібно. Діод поставив 5819, транзистори - КТ3102 і КТ3107. Під SMD буду плату розводити. Або може у кого вже є?
Схему застосовувати на напругу вище 20В не можна, тому що максимальна напруга затвор-витік польового транзистора 20В, а для підвищення терміну служби бажано ще нижче (12-15В). Ще краще використовувати не P-канальний, а N-канальний транзистор, але тоді схему потрібно буде змінити і обмежити напруга живлення драйвера до 9-12В. Тоді схема зможе працювати до максимального напруження мікросхеми-стабілізатора напруги живлення драйвера (35В max).
Значна залежність струму навантаження від напруги живлення пов'язана, думаю з тим, що в якості опорного напруги служить пряме падіння напруги на діоді D1. При 5-15V струм через діод - приблизно 1-3mA відповідно. При таких малих токах робоча точка знаходиться в самій "нижній", нелінійної частини ВАХ, і при малих змінах струму напруга на ньому змінюється значно (від 0.5 до 0.7V).
Схема працює при напрузі 24 В, політ нормальний близько 1 місяця. Максимальна напруга затвор-витік польового транзистора 20В, мається на увазі постійне, тут же імпульсний режим, я думаю попрацює. Поганяв ще.
Так, - простіше кажучи - останній каскад зробив як повторювач (негативний зворотний зв'язок). З приводу резисторів R5, R6 не пам'ятаю вже прибирав я їх чи ні - макет вже розібрав давно, так як мені ця схема не дуже підходить в плані ККД, та транзюк гріється. Имхо краще імпульсні драйвери, але це вже не з простих.
Загалом, у мене не прокатали. Зате помітив, що якщо подстроечнік при виключенні виведений на мінімум, то регулювання працює, але до певної межі. Потім схему клинить і на світлодіоди пре весь доступний максимум. Щоб не грілося, я зробив як вище радив minskalex, так що температура транзистора завжди кімнатна.