Antorcha LED modulada por ancho de pulso: 8 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

La modulación de ancho de pulso (PWM) se puede utilizar para variar la potencia, la velocidad o el brillo de muchos dispositivos. Con los LED, PWM se puede usar para atenuarlos o hacerlos más brillantes. Los usaré para hacer una pequeña linterna de mano. Un LED se puede atenuar encendiéndolo y apagándolo rápidamente, varias veces por segundo. Al variar la relación de espacio de marca, se varía el brillo. Una implementación simple de un sistema PWM sería un reloj que alimenta un LED y una resistencia protectora al suelo. El reloj idealmente debería oscilar a una frecuencia de 50Hz para asegurarse de que no verá la oscilación. Para probar esto, puede usar un generador de señal para proporcionar una onda cuadrada, como se muestra a continuación, o crear un circuito que lo haga por usted.

Paso 1: oscilador de relajación

Este circuito producirá una onda cuadrada con un ciclo de trabajo del 50%. Dos resistencias de 10K conectadas a la entrada + del amplificador operacional proporcionan un voltaje de referencia, y R1 y C1, conectados a la entrada, crean una constante de tiempo que controla la frecuencia, f = 1 / {2ln (3) RC}. El condensador C1 se carga y descarga a través de la resistencia R1, y el tiempo que tarda en producirse este ciclo es el período de la forma de onda.

Paso 2: oscilador de relajación

Al definir la frecuencia en el paso 1, R1 se puede reemplazar con un potenciómetro, RP, con un valor de 2R1 y dos diodos. Esta alteración permitirá variar el ciclo de trabajo, manteniendo una frecuencia constante. A los efectos de la PWM general de los LED, no hay necesidad de una precisión absoluta con la frecuencia. Si hay un requisito de precisión, entonces el potenciómetro elegido debe estar tan cerca, pero no más de 2R1, y una resistencia de compensación igual a R1-RP / 2. Una solución alternativa es usar dos resistencias en serie con los dos diodos., para dar un ciclo de trabajo fijo y predefinido.

Paso 3: Salida del oscilador de relajación

La señal del reloj puede conectarse directamente a un solo LED, pero esto no permitirá que el LED sea controlado por una fuente lógica externa. En cambio, puede ser más fácil alimentar esta salida a la base de un transistor, y luego usar el transistor para encender y apagar el LED. El divisor de potencial en la entrada del transistor es para reducir la salida del oscilador de relajación, ya que en está apagado, seguirá emitiendo 2v. Esto debe reducirse a menos de 0.7v para no encender el transistor, de lo contrario, el LED permanecerá encendido constantemente y cocinará.

Paso 4: aumentar el brillo

La otra aplicación útil de PWM con un LED es que el LED puede tener una corriente más grande de lo normal que lo atraviesa, lo que lo hace más brillante. Normalmente, esta corriente destruiría el LED, pero dado que el LED solo está encendido por una fracción del tiempo, la potencia promedio que pasa por el LED está dentro de la tolerancia. El límite de esta corriente se define en la hoja de datos del fabricante para el LED, identificado como la corriente de pulso directo. A menudo, también hay detalles sobre el ancho de pulso mínimo y los ciclos de trabajo. Usando un LED blanco como ejemplo, las siguientes especificaciones se dan como: Corriente directa = 30 mA Corriente directa de pulso = 150 mA Ancho de pulso = <10 ms Ciclo de trabajo = <1: 10 Usando la información de ancho de pulso y ciclo de trabajo, el oscilador de relajación se puede recalcular con T = 2ln (2) RCA Suponiendo que se usa un capacitor de 10nF, y queriendo TON = 10ms, y TOFF = 1ms, se pueden hacer los siguientes cálculos y luego dibujar el diagrama del circuito.

Paso 5: aumento de potencia

El otro requisito para aumentar el brillo es aumentar la corriente que fluye a través del LED. Esto es relativamente sencillo. Suponiendo un suministro lógico de 5v al LED, y de la hoja de datos, el voltaje estándar del LED es 3.6v. La resistencia de protección se puede calcular restando el voltaje del LED del voltaje de suministro y luego dividiéndolo por la corriente. R = (VS - VLED) / (iMAX) R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10R Sin embargo, es probable que la fuente de suministro de LED no pueda proporcionar una corriente suficiente de 100 mA, incluso si es por un período de tiempo muy corto. Puede ser necesario alimentar el LED a través del transistor, posiblemente controlado por otro transistor en serie también capaz de transportar la corriente. En este circuito, se debe usar la tensión de alimentación del amplificador operacional, ya que la alimentación lógica de 5v también será pequeña. Hay una caída de 0.7v sobre ambos transistores y 3.6v sobre el LED, totalizando 5v y sin dejar nada para una resistencia de protección. Sin embargo, para la antorcha, el control se puede colocar sobre la fuente de alimentación del circuito VR = 9 - (3.6 + 0.7) VR = 4.7vR = 4.7 / 0.15R = 31 = 33R

Paso 6: Circuito final

A continuación se muestra el diagrama de circuito final. Cuando se implemente, se colocará un interruptor en la fuente de alimentación y otros cinco pares de resistencias LED se colocarán en paralelo con el par existente.

Paso 7: circuito de prueba

Esta es una versión de un solo LED del circuito. No especialmente ordenado, pero es un prototipo y sigue el diagrama del circuito del paso 7. También puede ver en la fuente de alimentación que solo se extraen 24 mA, en comparación con los 30 mA si el LED estuviera conectado normalmente. De la tercera imagen que contiene dos LED, parece que ambos LED tienen el mismo brillo. Sin embargo, muy rápidamente, el LED de accionamiento directo se calienta rápidamente, lo que da una buena razón a PWM.

Paso 8: Antorcha terminada

Transferir el circuito a veroboard es un desafío, especialmente condensar el oscilador de relajación para que encaje en la carcasa. Lo principal que debe verificar es que no haya cables cruzados o que estén lo suficientemente sueltos como para cruzarlos. Agregar otros 5 LED, un interruptor en serie con un conector de batería y luego colocarlos en una caja es más sencillo. Conectar la fuente de alimentación al conector de la batería para probar el circuito, la lectura de corriente promedio fue de aproximadamente 85 mA. Esto es significativamente más pequeño que 180mA (6 * 30mA) que requeriría un sistema de transmisión directa. No he entrado en gran detalle con la transferencia del circuito de la placa de pruebas a la placa de pruebas, ya que he intentado concentrarme en la teoría detrás de este proyecto, en lugar de que específicamente su producción. Sin embargo, como guía general, debe probar el circuito y hacer que funcione en la placa de prueba, luego transferir los componentes a la placa de control, comenzando con los componentes más pequeños. Si es competente y rápido soldando, es posible que pueda soldar de forma segura un chip directamente a la placa; de lo contrario, debe usar un soporte para chip.