ไฟฉาย LED แบบปรับความกว้างของพัลส์: 8 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:09

การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) สามารถใช้เพื่อปรับกำลัง ความเร็ว หรือความสว่างของอุปกรณ์ต่างๆ ได้หลากหลาย ด้วย LEDs สามารถใช้ PWM เพื่อหรี่แสงหรือทำให้สว่างขึ้นได้ ฉันจะใช้พวกมันทำไฟฉายขนาดเล็ก LED สามารถหรี่แสงได้ด้วยการเปิดและปิดอย่างรวดเร็ว หลายครั้งในหนึ่งวินาที โดยการเปลี่ยนอัตราส่วนพื้นที่ว่าง ความสว่างจะแตกต่างกันไป การใช้งานระบบ PWM อย่างง่ายจะเป็นนาฬิกาที่ป้อน LED และตัวต้านทานป้องกันลงกับพื้น นาฬิกาควรสั่นในอุดมคติที่ความถี่ 50Hz เพื่อให้แน่ใจว่าคุณจะไม่เห็น การสั่น ในการทดสอบนี้ คุณสามารถใช้เครื่องกำเนิดสัญญาณเพื่อจัดเตรียมคลื่นสี่เหลี่ยมดังด้านล่าง หรือสร้างวงจรเพื่อทำแทนคุณ

ขั้นตอนที่ 1: ออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย

วงจรนี้จะสร้างคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีวัฏจักรหน้าที่ 50% ตัวต้านทาน 10K สองตัวที่เชื่อมต่อกับอินพุต + ของ op-amp จะให้แรงดันอ้างอิง และ R1 และ C1 ที่เชื่อมต่อกับอินพุต - จะสร้างค่าคงที่เวลาซึ่งควบคุมความถี่ f = 1/{2ln(3)RC} ตัวเก็บประจุ C1 ชาร์จและคายประจุผ่านตัวต้านทาน R1 และเวลาที่ใช้สำหรับวงจรนี้ที่จะเกิดขึ้นคือคาบของรูปคลื่น

ขั้นตอนที่ 2: ออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย

โดยการกำหนดความถี่ในขั้นตอนที่ 1 R1 สามารถแทนที่ด้วยโพเทนชิออมิเตอร์, RP ด้วยค่า 2R1 และไดโอดสองตัว การเปลี่ยนแปลงนี้จะช่วยให้รอบการทำงานเปลี่ยนแปลงไป ในขณะที่ยังคงรักษาความถี่ให้คงที่ สำหรับวัตถุประสงค์ของ PWM ทั่วไปของ LED ไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำอย่างแท้จริงกับความถี่ หากมีข้อกำหนดสำหรับความแม่นยำ โพเทนชิออมิเตอร์ที่เลือกควรอยู่ใกล้กับ แต่ไม่เกิน 2R1 และตัวต้านทานชดเชยเท่ากับ R1-RP/2 วิธีแก้ไขอื่นคือใช้ตัวต้านทานสองตัวต่ออนุกรมกับไดโอดสองตัว เพื่อให้รอบการทำงานคงที่และกำหนดไว้ล่วงหน้า

ขั้นตอนที่ 3: เอาต์พุตออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย

สัญญาณนาฬิกาสามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับ LED เดียว แต่จะไม่อนุญาตให้ LED ถูกควบคุมโดยแหล่งตรรกะภายนอก ง่ายกว่าที่จะป้อนเอาต์พุตนี้ไปยังฐานของทรานซิสเตอร์ จากนั้นจึงใช้ทรานซิสเตอร์เพื่อเปิดและปิด LED ตัวแบ่งที่อาจเกิดขึ้นบนอินพุตของทรานซิสเตอร์คือการลดเอาต์พุตของออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลาย เนื่องจากใน มันปิดสถานะ มันจะยังเอาท์พุต 2v. สิ่งนี้จะต้องลดลงให้ต่ำกว่า 0.7v เพื่อไม่ให้เปิดทรานซิสเตอร์ มิฉะนั้น LED จะยังคงเปิดอยู่ตลอดเวลาและปรุงอาหาร

ขั้นตอนที่ 4: การเพิ่มความสว่าง

แอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์อื่น ๆ ของ PWM พร้อม LED คือ LED สามารถมีกระแสไฟที่ใหญ่กว่าปกติผ่านทำให้สว่างขึ้น โดยปกติกระแสนี้จะทำลาย LED แต่เนื่องจาก LED เปิดอยู่เพียงเศษเสี้ยวของเวลา พลังงานเฉลี่ยที่ใส่ผ่าน LED อยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ ขีดจำกัดของกระแสนี้ถูกกำหนดไว้ในเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตสำหรับ LED ที่ระบุ เป็นกระแสพัลส์ไปข้างหน้า นอกจากนี้ยังมีรายละเอียดเกี่ยวกับความกว้างพัลส์ขั้นต่ำและรอบการทำงานอีกด้วย ตัวอย่างการใช้ LED สีขาว กำหนดข้อกำหนดต่อไปนี้เป็น: กระแสไปข้างหน้า = 30mAPulse กระแสไปข้างหน้า = 150mAPulse ความกว้าง =< 10ms รอบการทำงาน =< 1:10 การใช้ข้อมูลความกว้างของพัลส์และรอบการทำงาน ออสซิลเลเตอร์การผ่อนคลายสามารถคำนวณใหม่ด้วย T= 2ln(2)RCสมมติว่าใช้ตัวเก็บประจุ 10nF และต้องการ TON = 10ms และ TOFF = 1ms การคำนวณต่อไปนี้สามารถทำได้ จากนั้นจึงวาดแผนภาพวงจร

ขั้นตอนที่ 5: เพิ่มพลัง

ข้อกำหนดอื่นในการเพิ่มความสว่างคือการเพิ่มกระแสที่ไหลผ่าน LED นี้ค่อนข้างตรงไปตรงมา สมมติว่าจ่ายลอจิก 5v ให้กับ LED และจากแผ่นข้อมูล แรงดันไฟฟ้ามาตรฐานของ LED คือ 3.6v ตัวต้านทานป้องกันสามารถคำนวณได้โดยการลบแรงดันไฟ LED ออกจากแรงดันไฟที่จ่าย จากนั้นหารด้วยกระแส R = (VS - VLED) / (iMAX)R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10RIอย่างไรก็ตามมีแนวโน้มว่าแหล่งจ่าย LED อาจไม่สามารถให้กระแสไฟที่เพียงพอที่ 100mA แม้ว่าจะเป็นเวลาสั้นมากก็ตาม อาจจำเป็นต้องจ่ายไฟให้ LED ผ่านทรานซิสเตอร์ ซึ่งอาจถูกควบคุมโดยทรานซิสเตอร์อีกตัวในอนุกรมที่สามารถเก็บกระแสไฟได้ ในวงจรนี้ ควรใช้แรงดันไฟจ่ายของ op-amp เนื่องจากการจ่ายไฟแบบลอจิก 5v ก็เช่นกัน เล็ก. มีการลดลง 0.7v สำหรับทรานซิสเตอร์ทั้งสองและ 3.6v บน LED รวมเป็น 5v และไม่เหลืออะไรสำหรับตัวต้านทานการป้องกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับไฟฉาย ตัวควบคุมสามารถวางบนแหล่งจ่ายไฟของวงจรได้ VR = 9 - (3.6 + 0.7)VR = 4.7vR = 4.7 / 0.15R = 31 = 33R

ขั้นตอนที่ 6: วงจรสุดท้าย

ด้านล่างเป็นแผนภาพวงจรสุดท้าย เมื่อใช้งานแล้ว สวิตช์จะถูกวางบนแหล่งจ่ายไฟ และวางคู่ตัวต้านทาน LED อีกห้าคู่ขนานกับคู่ที่มีอยู่

ขั้นตอนที่ 7: ทดสอบวงจร

นี่เป็นวงจร LED รุ่นเดียว ไม่เป็นระเบียบโดยเฉพาะ แต่เป็นต้นแบบ และทำตามแผนภาพวงจรจากขั้นตอนที่ 7 คุณสามารถดูได้จากแหล่งจ่ายไฟที่วาดเพียง 24mA เมื่อเทียบกับ 30mA หาก LED เชื่อมต่อตามปกติ จากภาพที่สามที่มี LED สองดวง ปรากฏว่า LED ทั้งสองมีความสว่างเท่ากัน ไม่ว่าเร็วแค่ไหน ไฟ LED ที่ขับโดยตรงจะอุ่นขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ PWM มีเหตุผลที่ดี

ขั้นตอนที่ 8: คบเพลิงเสร็จแล้ว

การถ่ายโอนวงจรไปยังเวโรบอร์ดเป็นเรื่องที่ท้าทาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการควบแน่นออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลายเพื่อให้พอดีกับเคส สิ่งสำคัญที่ต้องตรวจสอบคือไม่มีการข้ามสายไฟหรือหลวมพอที่จะข้ามได้ เมื่อเพิ่มไฟ LED อีก 5 ดวง สวิตช์ในชุดที่มีขั้วต่อแบตเตอรี่แล้ววางลงในเคสจะตรงไปตรงมามากขึ้น เมื่อต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับขั้วต่อแบตเตอรี่เพื่อทดสอบวงจร การอ่านค่ากระแสไฟเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 85mA ซึ่งมีขนาดเล็กกว่า 180mA (6*30mA) อย่างเห็นได้ชัดซึ่งระบบขับเคลื่อนโดยตรงต้องการ ฉันไม่ได้ลงรายละเอียดมากในการถ่ายโอนวงจรจากเขียงหั่นขนมไปยัง veroboard เนื่องจากฉันตั้งใจที่จะมุ่งเน้นไปที่ทฤษฎีเบื้องหลังโครงการนี้ มากกว่าการผลิตโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม ตามแนวทางทั่วไป คุณควรทดสอบวงจรและทำให้มันทำงานบนเขียงหั่นขนม จากนั้นโอนส่วนประกอบไปยัง veroboard โดยเริ่มจากส่วนประกอบที่เล็กกว่า หากคุณสามารถบัดกรีและบัดกรีได้เร็ว คุณอาจบัดกรีชิปเข้ากับบอร์ดได้อย่างปลอดภัย มิฉะนั้น คุณควรใช้ที่ยึดชิป