Regulador de corriente lineal LED de potencia simple, revisado y aclarado: 3 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este Instructable es esencialmente una repetición del circuito regulador de corriente lineal de Dan. Su versión es muy buena, por supuesto, pero carece de algo de claridad. Este es mi intento de abordar eso. Si comprende y puede construir la versión de Dan, mi versión probablemente no le dirá nada terriblemente nuevo. Sin embargo … … Mientras montaba mi propio regulador basado en el de Dan, seguí mirando sus fotografías de los componentes y entrecerrando los ojos: ¿qué pin se conecta a qué otro pin? ¿Está esto conectado con eso o no? Es un circuito sencillo, claro, pero yo no soy ingeniero eléctrico y no quería equivocarme… Porque hacerlo mal, aunque sea un poco, a veces hace que las cosas se inmolen. He agregado un componente: un interruptor entre el cable positivo de la fuente de alimentación de CC y el resto del circuito para poder encenderlo y apagarlo. No hay razón para excluirlo y es muy útil. También debo señalar aquí al principio: cualesquiera que sean las afirmaciones de "Dan" que indiquen lo contrario, este circuito NO es, en última instancia, adecuado para impulsar un LED desde una fuente de alimentación que esté significativamente por encima de la caída de voltaje del LED. Intenté conducir un solo LED azul de 3.2V a 140 mAh (la corriente probada fue en realidad de 133 mAh, muy cerca) desde una fuente de alimentación con capacidad para 9.5 voltios y el resultado final fue que en 60 segundos, el LED comenzó a parpadear y luego, finalmente apagar … Hizo esto varias veces con períodos de tiempo cada vez menores entre el encendido y la falla. Ahora no se encenderá en absoluto. Habiendo dicho eso, también he manejado un solo LED RGB de alta potencia casi continuamente durante un mes usando una fuente de alimentación diferente que se asemeja más a la caída de voltaje del LED, por lo que este circuito puede funcionar, más o menos, pero no siempre, ciertamente. no como se prometió originalmente, y es muy posible que arruine su LED de encendido en el camino. La voz de la experiencia aquí dice que funcionará siempre que las demandas de sus LED coincidan estrechamente con la potencia en voltios que proviene de su fuente de alimentación. Si nota parpadeo, significa que los LED se están quemando y ya están dañados de forma permanente. Me ha costado seis LED de energía destruidos para resolver esto. "Muchos bothanos murieron para traernos esta información …" Suministros: Aquí está la lista de suministros de Dan de componentes, palabra por palabra pero corregida para el primer elemento (Dan había dado por error el número de producto de una resistencia de 10K ohmios, no una de 100K ohmios la lista ahora muestra un número para el tipo correcto). También he agregado enlaces a los productos reales mencionados: - R1: resistencia de aproximadamente 100k-ohmios (como: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: resistencia de ajuste actual - ver más abajo Q1: transistor NPN pequeño (como: Fairchild 2N5088BU) Q2: FET grande de canal N (como: Fairchild FQP50N06L) LED: LED de alimentación (como: Luxeon estrella blanca de 1 vatio LXHL-MWEC)

- El componente del interruptor, S1, debe estar clasificado para el voltaje de la fuente de alimentación de CC que va a utilizar. Un interruptor de 12V, por ejemplo, no estará diseñado para manejar 18V de potencia. Tenga en cuenta que Q2 también se llama MOSFET, nMOSFET, NMOS, MOSFET de canal n y MOSFET QFET de canal n indistintamente, Q1 también se llama transistor de unión bipolar NPN o NPN BJT. Dan no entra en lo que significa "aproximadamente", ni explica qué tan lejos puede llegar o qué afectará esto; tampoco explica "pequeño" o "grande" y los efectos que podrían tener. Lamentablemente, yo tampoco. Parece que estamos atascados en adherirnos a estos componentes específicos a menos que obtengamos un título en ingeniería eléctrica. Especialmente dada la delicadeza del LED involucrado, la adherencia estricta parece la única opción razonable.

Respecto a R3:

Según Dan, el valor de R3 en ohmios debe estar relacionado con la corriente a la que desea conducir su LED (cuyos límites ya habrá sido establecidos por el fabricante) de modo que su corriente deseada en amperios = 0.5 / R3. En tal ecuación, una mayor resistencia en R3 dará como resultado que se impulse menos corriente a través del LED. Intuitivamente, esto lleva a la conclusión de que una resistencia perfecta (es decir, la ausencia de cualquier resistencia) significaría que el LED no funcionaría (0.5 / infinito = menos de cero). De hecho, no estoy del todo seguro de que esto sea cierto, sin embargo, y mis propias pruebas empíricas de este circuito indican que no es así. Sin embargo, si procedemos de acuerdo con el plan de Dan, un R3 de 5 ohmios producirá una corriente constante de 0.5 / 5 = 0.1 amperios o 100 miliamperios. Una gran proporción de LED de potencia parece funcionar alrededor de 350 mAh, por lo que para estos deberá establecer un valor R3 de alrededor de 1,5 ohmios. Para aquellos menos familiarizados con las resistencias, tenga en cuenta que puede establecer 1,5 ohmios utilizando una combinación de diferentes resistencias en paralelo, siempre que su resultado final combinado sea de 1,5 ohmios de resistencia. Si usa dos resistencias, por ejemplo, su valor R3 será igual al valor de la resistencia 1 multiplicado por el valor de la resistencia 2 y el producto dividido por el total de R1 + R2. Otro ejemplo: 1 resistencia de 5 ohmios combinada en paralelo con otra de, digamos, 3 ohmios, le da (5x3) / (5 + 3) = 15/8 = 1.875 ohmios que luego daría como resultado una corriente constante en este circuito de 0.5 / 1.875 = 0.226 amperios o 266 mAh.

Los resistores están clasificados para diferentes capacidades para disipar energía. Las resistencias pequeñas pueden disipar menos energía que las más grandes porque las más grandes no se incinerarán tan rápido si se pasa demasiada corriente a través de ellas. No puede usar una resistencia montada en la superficie en este circuito porque no puede manejar la disipación de energía. Además, no podrá encontrar una resistencia que sea "demasiado grande". Las resistencias más grandes / físicamente más grandes solo pueden manejar más potencia que las más pequeñas. Los más grandes pueden costar más de obtener y ocuparán más espacio, pero el costo suele ser insignificante (cada estéreo roto tiene cien resistencias con enormes clasificaciones de potencia) y la diferencia en el espacio es del orden de milímetros cúbicos, por lo que Siéntase libre de pecar de cauteloso y use las resistencias más grandes de resistencia adecuada que pueda encontrar. Puede seleccionar uno demasiado pequeño, pero es imposible seleccionar uno demasiado grande.

Tenga en cuenta que si tiene a mano algún cable de nicromo de alta resistencia, probablemente pueda cortarlo a una longitud que corresponda a sus necesidades de resistencia sin tener que usar varias resistencias. Necesitará un medidor de ohmios para probar el valor de resistencia real, y tenga en cuenta que probablemente haya algún grado de resistencia (tal vez hasta 1 ohmio) entre los dos cables de su medidor de ohmios tal como está: pruebe esto primero por tocándolos juntos y vea lo que lee el dispositivo, luego tenga esto en cuenta cuando determine la cantidad de cable de nicromo que va a usar (si detecta 0.5 ohmios de resistencia cuando toca los cables de su medidor de ohmios juntos, y necesita terminar con, digamos, 1,5 ohmios de resistencia en su cable de nicromo, entonces necesita ese cable para "medir" 2,0 ohmios de resistencia para usted en el medidor de ohmios).

Alternativamente, también hay una manera de usar un poco de cable de nicromo para completar este circuito incluso para un LED cuya corriente nominal no conoce. Una vez que su circuito esté completo pero sin R3, use una longitud de cable de nicromo que sea definitivamente más larga que la cantidad de resistencia que necesita en al menos una pulgada o dos (cuanto más grueso sea este cable, más larga será la pieza que necesitará. Luego encienda el circuito, no pasará nada. Ahora conecte un taladro eléctrico en el medio de la U del cable de nicromo de modo que, a medida que el taladro gire, comenzará a enrollar el cable alrededor de una broca. Encienda LENTAMENTE el taladro. Si todas las demás partes del circuito están conectados correctamente, el LED pronto se encenderá muy tenuemente y se volverá más brillante a medida que el cable se acorte. Deténgase cuando la luz sea brillante; si el cable se vuelve demasiado corto, su LED se apagará. Sin embargo, no es necesariamente fácil juzgar cuándo se ha alcanzado este momento, por lo que correrá el riesgo de utilizar esta técnica.

Respecto a los disipadores de calor: Dan también menciona la posible importancia de los disipadores de calor para este proyecto, y la necesidad de una fuente de alimentación de CC externa de entre 4 y 18 voltios (aparentemente los amperios no importan para esta fuente de alimentación, aunque no lo sé por cierto). Si está operando un LED de alimentación, necesitará algún tipo de disipador de calor adjunto, y probablemente necesitará uno más allá del alcance de la simple "estrella" de ala de murciélago de aluminio provista con muchos LED Luxeon. Solo necesitará un disipador de calor para el segundo trimestre si está ejecutando más de 200 mAh de potencia a través de su circuito y / o la diferencia de voltaje entre su fuente de alimentación de CC y la "caída" de voltaje combinada de sus LED es "grande" (si el La diferencia es de más de 2 voltios, me aseguraría de usar un disipador de calor). El uso más eficiente de cualquier disipador de calor también requiere el uso de una pequeña cantidad de grasa térmica (Arctic Silver se considera un producto de alta gama): limpie tanto el disipador de calor como el cuerpo del MOSFET / LED con alcohol, frote un uniforme, una capa FINA de grasa térmica sobre cada superficie (me gusta usar una hoja de cuchillo X-acto para obtener los resultados más suaves, uniformes y delgados), luego presione las superficies y asegúrelas con uno o más tornillos en el lugar apropiado. Alternativamente, existen varios tipos de cinta térmica que también servirán para este mismo propósito. Aquí hay algunas opciones adecuadas para un disipador de calor y una fuente de alimentación para una configuración típica de un solo LED (recuerde, es posible que necesite DOS disipadores de calor, uno para el LED y otro para el MOSFET, en muchas configuraciones): Disipador de calor

Con respecto a las fuentes de alimentación: Nota rápida con respecto a las fuentes de alimentación: prácticamente todas las fuentes de alimentación indican en algún lugar de su empaque cuántos voltios y amperios pueden entregar. Sin embargo, la cantidad de voltios es casi universalmente subestimada y prácticamente todas las fuentes de alimentación entregan una cantidad de voltaje mayor que la indicada en su empaque. Por esta razón, será importante probar cualquier fuente de alimentación que afirme entregar voltios cerca del extremo superior de nuestro espectro (es decir, cerca de 18 voltios) para asegurarse de que en realidad no está entregando demasiada energía (probablemente 25 voltios lo harían). exceder las limitaciones de diseño de nuestro circuito). Afortunadamente, debido a la naturaleza del circuito, esta sobrevaloración del voltaje no suele ser un problema, ya que el circuito puede administrar una amplia gama de voltajes sin dañar los LED.

Paso 1: Cree los disipadores de calor

Si necesitará un disipador de calor para su Q2, es posible que deba perforar un orificio en ese disipador de calor para pasar un tornillo a través del orificio grande en el cuerpo del MOSFET. No es necesario un tornillo exacto siempre que su tornillo pueda pasar por el orificio del MOSFET, la cabeza del tornillo sea más grande (solo un poco) que este orificio y el diámetro del orificio que cree en el disipador de calor sea no mucho más pequeño que el diámetro del cilindro del tornillo. Generalmente, si usa una broca cuyo diámetro es cercano pero ligeramente más pequeño que el diámetro del cilindro de su tornillo, no tendrá dificultad para conectar el MOSFET al disipador de calor. Las roscas de la mayoría de los tornillos de acero son lo suficientemente fuertes para cortar en un disipador de calor (siempre que sea de aluminio o cobre) y así "crear" el orificio roscado necesario. La perforación en aluminio debe hacerse con unas gotas de aceite de máquina muy fino en la punta de la broca (como 3 en uno o un aceite de máquina de coser) y presionar el taladro con una presión suave y firme a alrededor de 600 rpm y 115 rpm. in-lbs de torque (este taladro Black & Decker o algo similar funcionará bien). Tenga cuidado: este será un orificio muy pequeño y poco profundo y su broca muy delgada puede romperse si se le aplica demasiada presión durante demasiado tiempo. Tenga en cuenta bien: el "cuerpo" de Q2 está conectado eléctricamente al pin "fuente" de Q2: si algo en su circuito toca este disipador de calor que no sea el cuerpo del MOSFET, puede crear un cortocircuito eléctrico que podría hacer explotar su LED. Considere cubrir el lado del disipador de calor que mira hacia sus cables con una capa de cinta aislante para evitar que esto suceda (pero no cubra el disipador de calor con más de esto de lo necesario, ya que su propósito es mover el calor del MOSFET al aire circundante (la cinta aislante es un aislante, no un conductor, de la energía térmica).

Paso 2: el circuito

Esto es lo que debe hacer para crear este circuito:

* Suelde el cable positivo de su fuente de alimentación al nodo positivo de su LED. También suelde un extremo de la resistencia de 100 K a ese mismo punto (el nodo positivo en el LED).

* Suelde el otro extremo de esa resistencia al pin GATE del MOSFET y al pin COLECTOR del transistor más pequeño. Si había pegado los dos transistores juntos, y tenía el lado metálico del MOSFET mirando hacia afuera con los seis pines del transistor apuntando hacia abajo, el pin GATE y el pin COLECTOR son los DOS PRIMEROS PINS de esos transistores, en otras palabras, suelde los dos pines más a la izquierda de los transistores y suéltelos al extremo suelto de la resistencia de 100K.

* Conecte el pin central del MOSFET, el pin DRAIN, al nodo negativo del LED con un cable. No se adjuntará nada más al LED.

* Conecte el pin BASE del pequeño transistor (es decir, el pin del medio) al pin SOURCE del MOSFET (que es su pin más a la derecha).

* Conecte el pin EMISOR (el pin más a la derecha) del transistor más pequeño al cable negativo de su fuente de alimentación.

* Conecte ese mismo pin a un extremo de R3, su (s) resistencia (es) de elección para las necesidades de su LED.

* Conecte el OTRO extremo de esa resistencia al pin BASE / pin SOURCE mencionado anteriormente de ambos transistores.

Resumen: todo esto significa que está conectando los pines medio y derecho del transistor pequeño entre sí a través de la resistencia R3, y está conectando los transistores entre sí dos veces directamente (PUERTA a COLECTOR, FUENTE a BASE) y una vez más indirectamente a través de R3 (EMISOR a FUENTE). El pin central del MOSFET, el DRAIN, no tiene nada que hacer excepto conectarse al nodo negativo de su LED. El LED se conecta a su cable de alimentación entrante y a un extremo de R1, la resistencia de 100K (el otro nodo del LED está conectado al pin DRAIN, como se acaba de mencionar). El pin del EMISOR se conecta directamente al cable negativo de su fuente de alimentación, y luego vuelve sobre sí mismo (en su propio pin BASE) y al MOSFET por tercera y última vez a través de la resistencia R3 que también se conecta directamente al cable negativo de la fuente de poder. El MOSFET nunca se conecta directamente a los cables negativos o positivos de la fuente de alimentación, ¡pero SÍ se conecta a AMBOS a través de cada una de las dos resistencias! No hay resistencia entre el tercer pin del transistor pequeño, su EMISOR y el cable negativo de la fuente de alimentación; se conecta directamente. En el otro extremo de la configuración, la fuente de alimentación entrante se conecta directamente al LED, aunque puede estar bombeando demasiada energía (al principio) para no quemar ese LED: el voltaje adicional que habría causado este daño está siendo enrutado a través de la resistencia de 100K y a través de nuestros transistores que lo mantendrán bajo control.

Paso 3: enciéndalo: solucione los problemas si es necesario

Una vez que los disipadores de calor estén conectados y sus juntas de soldadura estén firmes y esté seguro de que sus LED están orientados correctamente y que haya conectado los cables correctos a los cables correctos, es hora de enchufarlos. la fuente de alimentación de CC y accione el interruptor! En este punto, es probable que suceda una de tres cosas: los LED se iluminarán como se esperaba, los LED parpadearán brevemente y luego se apagarán, o no sucederá nada en absoluto. Si obtiene el primero de estos resultados, ¡enhorabuena! ¡Ahora tienes un circuito de trabajo! Que te dure mucho tiempo. Si obtiene el resultado n. ° 2, entonces acaba de apagar sus LED y deberá comenzar de nuevo con otros nuevos (y deberá volver a evaluar su circuito y averiguar dónde salió mal, probablemente conectando un cable incorrectamente o dejando que se crucen 2 cables que no debería tener). Si obtiene el resultado n. ° 3, entonces hay algo mal en su circuito. Apáguelo, desenchufe la fuente de alimentación de CC y revise su circuito, conexión por conexión, asegurándose de que está conectando cada cable correctamente y que sus LED están todos orientados correctamente dentro del circuito. Además, considere verificar dos veces el valor de miliamperios conocido de su (s) LED (s) y asegúrese de que el valor que haya elegido y esté usando para R3 proporcione suficiente corriente para manejarlo (s). Verifique dos veces el valor de R1 y asegúrese de que sea de 100 k ohmios. Finalmente, puede probar Q1 y Q2, pero los métodos para hacerlo están más allá del alcance de este Instructable. Nuevamente: las razones más probables por las que no aparece la luz son las siguientes: 1.) su (s) LED (s) no están orientados correctamente - verifique la orientación usando el multímetro y reoriente si es necesario; 2.) tiene una junta de soldadura suelta en algún lugar de su circuito: tome un soldador y vuelva a soldar las conexiones que puedan estar sueltas; 3.) tiene un cable cruzado en algún lugar de su circuito - revise todos los cables en busca de cortocircuitos y separe los que puedan estar en contacto - solo se necesita un pequeño cable de cobre suelto en alguna parte para hacer que el circuito falle; 4.) su R3 tiene un valor demasiado alto para permitir que los LED funcionen; considere reemplazarlo con una resistencia de menor resistencia o acorte ligeramente el cable de nicromo; 5.) su interruptor no cierra el circuito; pruebe con el multímetro y repárelo o reemplácelo; 6.) ha dañado previamente el (los) LED (es) o uno de los otros componentes en el diagrama por: a.) No usar resistencias suficientemente grandes (es decir, una resistencia de suficiente potencia - R3 debe ser de al menos 0.25 resistencia de vatios) o un disipador de calor suficientemente grande para Q2 o para sus LED (tanto Q2 como sus LED están sujetos rápidamente a posibles daños térmicos si no se conectan a los disipadores de calor antes de encender el circuito), o; b.) cruzar cables y dañar accidentalmente sus LED (esto suele ir acompañado de una bocanada de humo maloliente); o 7.) está utilizando un Q1 o Q2 que no es correcto para este circuito. No se conocen otros tipos de resistencias como reemplazos compatibles para estos dos componentes; si intenta crear este circuito a partir de otros tipos de transistores, debe esperar que el circuito no funcione. Desearía poder responder preguntas técnicas sobre la construcción de circuitos y controladores LED, pero como dije antes, no soy un experto y la mayor parte de lo que ves aquí ya se cubrió en otro Instructable escrito por alguien que sabe más sobre este proceso. que yo. Con suerte, lo que les he dado aquí es al menos más claro y más explícito que otros Instructables similares disponibles en este sitio. ¡Buena suerte!

Si tu circuito funciona, ¡enhorabuena! Antes de terminar el proyecto, asegúrese de eliminar cualquier fundente restante de las uniones de soldadura con alcohol isopropílico u otro disolvente adecuado como el tolueno. Si se permite que el flujo permanezca en su circuito, corroerá sus pines, dañará su cable de nicromo (si usa uno) e incluso puede dañar su LED con el tiempo suficiente. Flux es genial, pero cuando termines, ¡tienes que ir! También asegúrese de que, independientemente de cómo configure su luz para que funcione, no habrá posibilidad de que ninguno de sus cables se toque o se deshaga accidentalmente cuando se use o mueva el circuito. Se puede usar una gran cantidad de pegamento termofusible como una especie de compuesto para macetas, pero sería mejor un compuesto para macetas real. Un circuito desprotegido que se usa para cualquier cosa es propenso a fallar con el tiempo suficiente, y las juntas de soldadura a veces no son tan estables como nos gustaría pensar que son. ¡Cuanto más seguro sea su circuito final, más uso obtendrá de él!