Treiberbegrenzer für LED-Taschenlampe
In der vorherigen hausgemacht «Wiederaufladbare Taschenlampe - Tischlampe”Wurde berücksichtigt, einschließlich der Änderung der LED-Matrix in der gekauften Taschenlampe. Ziel der Überarbeitung war es, die Zuverlässigkeit der Lichtquelle zu erhöhen, indem das Anschlussdiagramm der LEDs von parallel auf kombiniert geändert wurde.
LEDs stellen an eine Stromquelle viel höhere Anforderungen als andere Lichtquellen. Zum Beispiel wird ein Stromüberschuss von 20% die Lebensdauer um ein Vielfaches verkürzen.
Das Hauptmerkmal von LEDs, die die Helligkeit ihres Glühens bestimmen, ist nicht die Spannung, sondern der Strom. Damit garantiert wird, dass die LEDs die angegebene Anzahl von Stunden erreichen, wird ein Treiber benötigt, der den durch die LED-Schaltung fließenden Strom stabilisiert und über lange Zeit eine konstante Lichthelligkeit beibehält.
Bei Leuchtdioden mit geringer Leistung ist es möglich, sie ohne Treiber zu verwenden. In diesem Fall spielen jedoch Begrenzungswiderstände eine Rolle. Eine solche Verbindung wurde in dem obigen hausgemachten Produkt verwendet. Diese einfache Lösung schützt die LEDs vor Überschreitung des zulässigen Stroms innerhalb der Nennstromversorgung, es erfolgt jedoch keine Stabilisierung.
In diesem Artikel betrachten wir die Möglichkeit, das obige Design zu verbessern und die Betriebseigenschaften einer Taschenlampe zu verbessern, die von einer externen Batterie gespeist wird.
Um den Strom durch die LEDs zu stabilisieren, fügen wir dem Lampendesign einen einfachen linearen Treiber hinzu - einen Stromstabilisator mit Rückkopplung. Hier ist der Strom der führende Parameter, und die Versorgungsspannung der LED-Baugruppe kann innerhalb bestimmter Grenzen automatisch variieren. Der Treiber sorgt für eine Stabilisierung des Ausgangsstroms mit einer instabilen Eingangsspannung oder Spannungsschwankungen im System, und der Strom wird reibungslos eingestellt, ohne dass eine Hochfrequenzinterferenzcharakteristik von Impulsstabilisatoren erzeugt wird. Das Schema eines solchen Treibers ist äußerst einfach herzustellen und zu konfigurieren, aber eine geringere Effizienz (ca. 80%) ist dafür eine Gebühr.
Um eine kritische Entladung der Stromquelle (unter 12 V) auszuschließen, die für Lithiumbatterien besonders gefährlich ist, führen wir zusätzlich die Anzeige der Grenzentladung oder des Abschaltens der Batterie bei niedriger Spannung in den Stromkreis ein.
Treiberherstellung
1. Um diese Vorschläge zu lösen, erstellen wir die folgende Stromversorgungsschaltung für die LED-Matrix.
Der Versorgungsstrom der LED-Matrix fließt durch den Regeltransistor VT2 und den Grenzwiderstand R5. Der Strom durch den Steuertransistor VT1 wird durch Auswahl des Widerstands R4 eingestellt und kann in Abhängigkeit von der Änderung des Spannungsabfalls über dem Widerstand R5 variieren, der auch als Stromrückkopplungswiderstand verwendet wird. Wenn der Strom in der Schaltung ansteigt, erhöhen die LEDs VT2, R5 aus irgendeinem Grund den Spannungsabfall über R5. Der entsprechende Spannungsanstieg auf Basis des Transistors VT1 öffnet ihn und reduziert dadurch die Spannung auf Basis von VT2. Und dies deckt den Transistor VT2 ab und reduziert und stabilisiert diesen Strom durch die LEDs. Mit einer Abnahme des Stroms an den LEDs und VT2 laufen die Prozesse in umgekehrter Reihenfolge ab. Aufgrund von Rückkopplungen ist der Strom durch die LEDs während der gesamten Batterieentladungsperiode konstant, wenn sich die Spannung an der Stromquelle ändert (von 17 auf 12 Volt) oder mögliche Änderungen der Schaltungsparameter (Temperatur, Ausfall der LED).
Auf dem Spannungsdetektor, einem speziellen Chip DA1, ist eine Vorrichtung zur Spannungsregelung montiert. Die Mikroschaltung funktioniert wie folgt. Bei Nennspannung ist der DA1-Chip geschlossen und befindet sich im Standby-Modus. Wenn die Spannung an Klemme 1, die mit dem gesteuerten Stromkreis (in diesem Fall der Stromquelle) verbunden ist, auf einen bestimmten Wert abfällt, wird Klemme 3 (innerhalb der Mikroschaltung) mit Klemme 2 verbunden, die mit einem gemeinsamen Draht verbunden ist.
Das obige Diagramm enthält verschiedene Schaltoptionen.
Variante 1. Wenn wir die an das Pluskabel angeschlossene Anzeige-LED (LED1 - R3) an Klemme 3 (Punkt A) anschließen (siehe Schaltplan), erhalten wir eine Anzeige der maximalen Entladung der Batterie. Wenn die Versorgungsspannung auf einen bestimmten Wert (in unserem Fall 12 V) abfällt, leuchtet LED1 auf und signalisiert die Notwendigkeit einer Batterieladung.
Option 2 Wenn Punkt A mit Punkt B verbunden ist, wird bei Erreichen einer niedrigen Spannung (12 V) an der Batterie die LED-Matrix automatisch von der Stromversorgung getrennt. Der Spannungsdetektor, Chip DA1, verbindet bei Erreichen der Steuerspannung die Basis des Transistors VT2 mit einem gemeinsamen Draht und schließt den Transistor durch Trennen der LED-Matrix. Wenn die Taschenlampe bei niedriger Spannung (weniger als 12 V) wieder eingeschaltet wird, leuchten die Matrix-LEDs einige Sekunden lang (aufgrund von Laden / Entladen C1) und schalten sich wieder aus, um anzuzeigen, dass die Batterie schwach ist.
Option 3Wenn Sie die Optionen 2 und 3 kombinieren und die LED-Matrix ausschalten, leuchtet die LED1 auf.
Die Hauptvorteile der Spannungsdetektorschaltungen sind die einfache Schaltungsverbindung (es sind fast keine zusätzlichen Umreifungsteile erforderlich) und der extrem niedrige Stromverbrauch (Mikroampereampere) im Standby-Zustand (im Standby-Modus).
2. Wir montieren die Treiberschaltung auf der Leiterplatte.
Wir führen die Installation von VT1, VT2, R4 durch. Wir verbinden als Last die LED-Matrix, die am Anfang des Artikels betrachtet wird. Wir fügen dem Stromversorgungskreis der LEDs ein Milliamperemeter hinzu. Um den Stromkreis auf eine stabile und spezifische Spannung zu prüfen und einzustellen, schließen wir ihn an eine einstellbare Stromquelle an. Wir wählen den Widerstand des Widerstands R5, der es ermöglicht, den Strom durch die LEDs im gesamten Bereich der geplanten Einstellung (von 12 bis 17 V) zu stabilisieren. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wurde der Widerstand R5 zunächst mit einem Nennwert von 3,9 Ohm installiert (siehe Foto). Die Stabilisierung des Stroms im gesamten Bereich (mit tatsächlich installierten Teilen) erforderte jedoch einen Nennwert von 20 Ohm, da nicht genügend Spannung vorhanden war, um VT1 einzustellen für geringen Stromverbrauch der LED-Matrix.
Es ist wünschenswert, den Transistor VT1 mit einem großen Basisstromübertragungskoeffizienten zu wählen. Der Transistor VT2 muss einen akzeptablen Kollektorstrom liefern, der über dem LED-Matrixstrom und der Betriebsspannung liegt.
3. Fügen Sie der Leiterplatte den Anzeigekreis - Begrenzerbegrenzer hinzu. Die Spannungsdetektor-Mikroschaltungen sind für verschiedene Spannungsregelwerte erhältlich. In unserem Fall habe ich aufgrund des Fehlens eines 12-V-Mikroschaltkreises den verfügbaren mit 4,5 V verwendet (häufig in gebrauchten Haushaltsgeräten zu finden - Fernseher, Videorecorder). Aus diesem Grund fügen wir zur Steuerung der Spannung von 12 V der Schaltung einen Spannungsteiler für den konstanten Widerstand R1 und die Variable R2 hinzu, der für die Feinabstimmung auf den gewünschten Wert erforderlich ist. In unserem Fall erreichen wir durch Einstellen von R2 eine Spannung von 4,5 V an Pin 1 von DA1 bei einer Spannung von 12,1 ... 12,3 V am Leistungsbus. Ebenso können Sie bei der Auswahl eines Spannungsteilers andere ähnliche Mikroschaltungen verwenden - Spannungsdetektoren, verschiedene Firmen, Namen und Steuerspannungen.
Zunächst überprüfen und konfigurieren wir die Schaltung so, dass sie gemäß der LED-Anzeige arbeitet. Dann überprüfen wir den Betrieb der Schaltung, indem wir die Punkte A und B verbinden, um die LED-Matrix auszuschalten. Wir halten bei der ausgewählten Option (1, 2, 3) an.
4. Wir bereiten den Rohling für die Arbeitsplatte vor, indem wir die gewünschte Größe aus einer typischen Universalplatte herausschneiden.
5. Wir führen die Verdrahtung der debuggten Schaltung mit der Arbeitsplatine durch.
6. Wir verbinden die LED-Matrix mit der Arbeitsplatine und überprüfen die Funktion der Treiber-Begrenzer-Baugruppe im gesamten Bereich der geplanten Einstellung (von 12 bis 17 V), indem wir den Treiber an eine einstellbare Stromquelle anschließen. Mit positiven Ergebnissen überprüfen wir den Betrieb des an die Batterie angeschlossenen Treibers und als Teil der Batterielampe. Ein zusätzliches Setup ist normalerweise nicht erforderlich.
