Driver - limitador para lanterna LED
No anterior caseiro «Lanterna recarregável - candeeiro de mesaFoi considerado, incluindo a mudança na matriz de LED na lanterna comprada. O objetivo da revisão foi aumentar a confiabilidade da fonte de luz, alterando o diagrama de conexão dos LEDs, de paralelo para combinado.
Os LEDs são muito mais exigentes em uma fonte de energia do que em outras fontes de luz. Por exemplo, um excesso de corrente de 20% reduzirá sua vida útil em várias vezes.
A principal característica dos LEDs, que determinam o brilho de seu brilho, não é a tensão, mas a corrente. Para que os LEDs calculem o número declarado de horas com garantia, é necessário um driver que estabilize a corrente que flui através do circuito de LEDs e mantenha um brilho constante da luz por um longo tempo.
Para diodos emissores de luz de baixa potência, é possível usá-los sem um driver, mas neste caso, resistores limitadores desempenham seu papel. Essa conexão foi usada no produto caseiro acima. Esta solução simples protege os LEDs de exceder a corrente permitida dentro da fonte de alimentação nominal, mas não há estabilização.
Neste artigo, consideramos a oportunidade de melhorar o design acima e melhorar as propriedades operacionais de uma lanterna alimentada por uma bateria externa.
Para estabilizar a corrente através dos LEDs, adicionamos um driver linear simples ao design da lâmpada - um estabilizador de corrente com feedback. Aqui, a corrente é o parâmetro principal e a tensão de alimentação do conjunto de LEDs pode variar automaticamente dentro de certos limites. O driver fornece estabilização da corrente de saída com uma tensão de entrada instável ou flutuações de tensão no sistema, e a corrente é ajustada sem problemas, sem criar interferências de alta frequência inerentes aos estabilizadores de pulso. O esquema desse driver é extremamente simples de fabricar e configurar, mas uma eficiência mais baixa (cerca de 80%) é uma taxa por isso.
Para excluir uma descarga crítica da fonte de energia (abaixo de 12 V), que é especialmente perigosa para baterias de lítio, introduzimos adicionalmente uma indicação da descarga limite no circuito ou desconectamos a bateria em baixa tensão.
Fabricação de Driver
1. Para resolver essas propostas, produziremos o seguinte circuito de fonte de alimentação para a matriz de LED.
A corrente de alimentação da matriz de LED passa pelo transistor regulador VT2 e pela resistência limitadora R5. A corrente através do transistor de controle VT1 é definida pela seleção da resistência R4 e pode variar dependendo da mudança na queda de tensão no resistor R5, também usado como resistor de realimentação de corrente. Quando a corrente no circuito aumenta, os LEDs VT2, R5, por qualquer motivo, aumentam a queda de tensão em R5. O aumento correspondente na tensão com base no transistor VT1 abre-o, reduzindo assim a tensão com base no VT2. E isso cobre o transistor VT2, reduzindo e estabilizando essa corrente através dos LEDs. Com uma diminuição da corrente nos LEDs e no VT2, os processos prosseguem na ordem inversa. Assim, devido ao feedback, quando a tensão na fonte de energia muda (de 17 para 12 volts) ou possíveis alterações nos parâmetros do circuito (temperatura, falha do LED), a corrente através dos LEDs é constante durante todo o período de descarga da bateria.
No detector de tensão, é montado um chip DA1 especializado, um dispositivo para controle de tensão. O microcircuito funciona da seguinte maneira. Na tensão nominal, o chip DA1 está fechado e está em modo de espera. Quando a tensão diminui no terminal 1 conectado ao circuito controlado (neste caso, a fonte de energia) para um determinado valor, o terminal 3 (dentro do microcircuito) é conectado ao terminal 2 conectado a um fio comum.
O diagrama acima possui várias opções de comutação.
Opção 1 Se conectarmos o LED indicador (LED1 - R3) conectado ao fio positivo ao terminal 3 (ponto A) (consulte o diagrama do circuito), obteremos uma indicação da descarga máxima da bateria. Quando a tensão de alimentação cai para um determinado valor (no nosso caso, 12 V), o LED1 acende, sinalizando a necessidade de carga da bateria.
Opção 2 Se o ponto A estiver conectado ao ponto B, quando uma tensão baixa (12 V) for atingida na bateria, desconectaremos automaticamente a matriz de LED da fonte de alimentação. O detector de tensão, chip DA1, quando a tensão de controle é atingida, conecta a base do transistor VT2 a um fio comum e fecha o transistor desconectando a matriz de LEDs. Quando a lanterna é ligada novamente em baixa tensão (menos de 12 V), os LEDs da matriz acendem por alguns segundos (devido à carga / descarga C1) e desligam novamente, sinalizando que a bateria está fraca.
Opção 3Ao combinar as opções 2 e 3, quando a matriz de LED está desligada, o LED1 acende.
As principais vantagens dos circuitos do detector de tensão são a simplicidade da conexão do circuito (quase nenhuma peça adicional de fita é necessária) e o consumo extremamente baixo de energia (compartilhamento de microamp amp) no modo de espera (no modo de espera).
2. Montamos o circuito do driver na placa de circuito.
Realizamos a instalação do VT1, VT2, R4. Conectamos, como carga, a matriz de LED, considerada no início do artigo. Incluímos um miliamperímetro no circuito de fonte de alimentação dos LEDs. Para verificar e ajustar o circuito em uma tensão estável e específica, conectamos-o a uma fonte de energia ajustável. Selecionamos a resistência do resistor R5, que permite estabilizar a corrente através dos LEDs em toda a faixa do ajuste planejado (de 12 a 17 V). Para aumentar a eficiência, um resistor R5 com um valor nominal de 3,9 ohms foi instalado inicialmente (veja a foto), mas estabilizar a corrente em toda a faixa (com as peças realmente instaladas) exigiu um valor nominal de 20 ohms, pois não havia tensão suficiente para ajustar a VT1 de para baixo consumo de corrente da matriz LED.
O transistor VT1 é desejável escolher com um grande coeficiente de transmissão de corrente de base. O transistor VT2 deve fornecer uma corrente de coletor aceitável que exceda a corrente da matriz de LED e a tensão operacional.
3. Adicione o limitador do circuito indicador - limitador à placa de circuito. Os microcircuitos do detector de tensão estão disponíveis para vários valores de controle de tensão. No nosso caso, devido à falta de um microcircuito de 12 V, usei o disponível em 4,5 V (geralmente encontrado em eletrodomésticos usados - televisões, gravadores de vídeo). Por esse motivo, para controlar a tensão de 12 V, adicionamos ao circuito um divisor de tensão para o resistor constante R1 e a variável R2, necessária para o ajuste fino do valor desejado. No nosso caso, ajustando R2, atingimos uma tensão de 4,5 V no pino 1 do DA1 a uma tensão de 12,1 ... 12,3 V no barramento de força. Da mesma forma, ao selecionar um divisor de tensão, você pode usar outros microcircuitos semelhantes - detectores de tensão, várias empresas, nomes e tensões de controle.
Inicialmente, verificamos e configuramos o circuito para operar de acordo com o indicador LED. Em seguida, verificamos a operação do circuito conectando os pontos A e B para desligar a matriz de LEDs. Paramos na opção selecionada (1, 2, 3).
4. Preparamos o espaço em branco para a placa de trabalho cortando o tamanho desejado de uma placa universal típica.
5. Realizamos a fiação do circuito depurado na placa de trabalho.
6. Conectamos a matriz de LED à placa de trabalho e verificamos a operação do conjunto limitador de driver, em toda a faixa do ajuste planejado (de 12 a 17 V), conectando o driver a uma fonte de energia ajustável. Com resultados positivos, verificamos o funcionamento do driver conectado à bateria e como parte da lâmpada da bateria. Geralmente, configurações adicionais não são necessárias.
