Régulateur de courant linéaire simple Power LED, révisé et clarifié : 3 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Ce Instructable est essentiellement une répétition du circuit régulateur de courant linéaire de Dan. Sa version est très bonne, certes, mais manque de clarté. C'est ma tentative d'y remédier. Si vous comprenez et pouvez construire la version de Dan, ma version ne vous dira probablement rien de terriblement nouveau. Cependant… …Tout en assemblant mon propre régulateur basé sur celui de Dan, j'ai continué à regarder ses photographies des composants et à loucher - quelle broche se connecte à quelle autre broche ?? Est-ce lié à cela ou pas ? C'est un circuit simple, bien sûr, mais je ne suis pas ingénieur électricien et je ne voulais pas me tromper… Car se tromper, même un peu, fait parfois immoler les choses. J'ai ajouté un composant: un interrupteur entre le fil positif de l'alimentation CC et le reste du circuit pour que je puisse l'allumer et l'éteindre. Aucune raison de l'exclure, et c'est très pratique. Je dois également noter ici au début: quelles que soient les affirmations contraires de "Dan", ce circuit n'est finalement PAS bien adapté pour piloter une LED à partir d'une alimentation nettement supérieure à la chute de tension de la LED. J'ai essayé de piloter une seule LED bleue de 3,2 V à 140 mAh (le courant testé était en fait de 133 mAh - très proche) à partir d'une alimentation nominale de 9,5 volts et le résultat final était que dans les 60 secondes, la LED a commencé à clignoter puis finalement s'est éteint… Il l'a fait plusieurs fois avec des délais de plus en plus courts entre la mise sous tension et la panne. Maintenant, il ne s'allumera plus du tout. Cela dit, j'ai également piloté une seule LED RVB haute puissance presque en continu pendant un mois maintenant en utilisant une alimentation différente qui correspond plus étroitement à la chute de tension de la LED - donc ce circuit peut fonctionner, en quelque sorte, mais pas toujours, certainement pas comme promis à l'origine, et peut très bien ruiner votre LED d'alimentation en cours de route. La voix de l'expérience dit ici que cela fonctionnera tant que les exigences de vos LED correspondent étroitement à la puissance en volts provenant de votre alimentation. Si vous remarquez un scintillement, cela signifie que la ou les LED s'éteignent et sont déjà endommagées de manière permanente. Il m'a fallu six LED d'alimentation détruites pour comprendre cela. « De nombreux Bothans sont morts pour nous apporter cette information… » Fournitures: Voici la liste de fournitures de composants de Dan, mot pour mot mais corrigée pour le premier élément (Dan avait donné par erreur le numéro de produit d'une résistance de 10 K ohms, pas une résistance de 100 K ohms - le liste affiche maintenant un numéro pour le type correct). J'ai également ajouté des liens vers les produits réels mentionnés: - R1: résistance d'environ 100 kohms (comme: Yageo FMP100JR-52-100K) R3: résistance de réglage de courant - voir ci-dessous Q1: petit transistor NPN (comme: Fairchild 2N5088BU) Q2: grand FET à canal N (comme: Fairchild FQP50N06L) LED: LED d'alimentation (comme: Luxeon 1 watt white star LXHL-MWEC)

-- Le composant de commutation, S1, doit être adapté à la tension de l'alimentation CC que vous allez utiliser. Un interrupteur 12V, par exemple, ne sera pas conçu pour gérer 18V de puissance. Notez que Q2 est également appelé MOSFET, nMOSFET, NMOS, MOSFET à canal n et MOSFET QFET à canal n de manière interchangeable, Q1 est également appelé transistor à jonction bipolaire NPN ou NPN BJT. Dan n'entre pas dans ce que "approximativement" signifie, il n'explique pas non plus jusqu'où vous pouvez aller ou ce que cela affectera; il n'explique pas non plus "petit" ou "grand" et les effets qu'ils pourraient avoir. Malheureusement, moi non plus. Il semble que nous soyons obligés d'adhérer à ces composants spécifiques à moins d'obtenir un diplôme en génie électrique. Surtout compte tenu de la délicatesse de la LED impliquée, une stricte adhérence semble la seule option raisonnable.

Concernant R3:

Selon Dan, la valeur de R3 en ohms doit être liée au courant auquel vous souhaitez piloter votre LED (dont les limites auront déjà été fixées par le fabricant) de telle sorte que votre courant souhaité en ampères = 0,5/R3. Dans une telle équation, une plus grande résistance dans R3 entraînera moins de courant passant à travers la LED. Intuitivement, cela conduit à la conclusion qu'une résistance parfaite (c'est-à-dire l'absence de résistance) signifierait que la LED ne fonctionnerait pas (0,5/infini = moins de zéro). Je ne suis pas, en fait, du tout certain que cela soit vrai, cependant, et mes propres tests empiriques de ce circuit indiquent qu'il n'en est rien. Néanmoins, si nous procédons selon le plan de Dan, un R3 de 5 ohms produira un courant constant de 0,5/5=0,1 ampères ou 100 milliampères. Une grande partie des LED de puissance semblent tourner autour de 350 mAh, vous devrez donc établir une valeur R3 d'environ 1,5 ohms. Pour ceux qui sont moins familiers avec les résistances, gardez à l'esprit que vous pouvez établir que 1,5 ohm en utilisant une combinaison de différentes résistances en parallèle, tant que votre résultat final combiné est de 1,5 ohm de résistance. Si vous utilisez deux résistances, par exemple, votre valeur R3 sera égale à la valeur de la résistance 1 multipliée par la valeur de la résistance 2, et le produit divisé par le total de R1+R2. Autre exemple: 1 résistance de 5 ohms combinée en parallèle avec une autre de, disons, 3 ohms, vous donne (5x3)/(5+3)=15/8=1,875 ohms ce qui donnerait alors un courant constant dans ce circuit de 0,5/1,875=0,226 ampères ou 266 mAh.

Les résistances sont évaluées pour différentes capacités à dissiper la puissance. Les petites résistances peuvent dissiper moins de puissance que les plus grandes, car les plus grandes ne s'incinéreront pas aussi rapidement si trop de courant les traverse. Vous ne pouvez pas utiliser une résistance montée en surface dans ce circuit car elle ne peut pas gérer la dissipation de puissance. De plus, vous ne pourrez pas trouver une résistance "trop grande". Les résistances plus grosses/physiquement plus grosses sont simplement capables de gérer plus de puissance que les plus petites. Les plus gros peuvent coûter plus cher à obtenir et prendront plus de place, mais le coût est généralement négligeable (chaque chaîne stéréo cassée contient une centaine de résistances avec des puissances nominales énormes) et la différence d'espace est de l'ordre de millimètres cubes, donc n'hésitez pas à pécher par excès de prudence et utilisez les plus grandes résistances de résistance appropriée que vous pouvez trouver. Vous pouvez en sélectionner un trop petit, mais il est impossible d'en sélectionner un trop grand.

Notez que si vous avez sous la main du fil à haute résistance en nichrome, vous pouvez probablement le couper à une longueur qui correspondra à vos besoins de résistance sans avoir à utiliser plusieurs résistances. Vous aurez besoin d'un ohmmètre pour tester la valeur de résistance réelle, et gardez à l'esprit qu'il y a probablement un certain degré de résistance (peut-être jusqu'à 1 ohm) entre les deux fils de votre ohmmètre tel quel: testez-le d'abord en les toucher ensemble et voir ce que l'appareil lit, puis en tenir compte lorsque vous déterminez la quantité de fil nichrome que vous allez utiliser (si vous détectez 0,5 ohms de résistance lorsque vous touchez les fils de votre ohmmètre ensemble, et vous devez mettre fin avec, disons, 1,5 ohms de résistance sur votre fil nichrome, alors vous avez besoin de ce fil pour "mesurer" 2,0 ohms de résistance pour vous sur l'ohmmètre).

Alternativement, il existe également un moyen d'utiliser un peu de fil nichrome pour compléter ce circuit même pour une LED dont vous ne connaissez pas le courant nominal ! Une fois que votre circuit est terminé mais sans R3, utilisez une longueur de fil en nichrome qui est nettement plus longue que la quantité de résistance dont vous avez besoin d'au moins un pouce ou deux (plus ce fil est épais, plus la pièce dont vous aurez besoin est longue. Ensuite, allumez le circuit - rien ne se passera. Maintenant, attachez une perceuse électrique au milieu du U du fil nichrome de telle sorte que lorsque la perceuse se tord, elle commencera à enrouler le fil autour d'un foret. Allumez LENTEMENT la perceuse. Si toutes les autres pièces du circuit sont correctement branchés, la LED s'allumera bientôt très faiblement et deviendra plus lumineuse à mesure que le fil se raccourcira ! Arrêtez-vous lorsque la lumière est vive - si le fil devient trop court, votre LED s'éteindra. t nécessairement facile de juger quand ce moment est atteint, cependant, vous tenterez donc votre chance avec cette technique.

Concernant les dissipateurs thermiques: Dan mentionne également l'importance possible des dissipateurs thermiques pour ce projet, et la nécessité d'une alimentation CC externe comprise entre 4 et 18 volts (apparemment les ampères n'ont pas d'importance pour cette alimentation, bien que je ne le sache pas pour certain). Si vous utilisez une LED d'alimentation, vous aurez besoin d'une sorte de dissipateur de chaleur qui y est attaché, et en aurez probablement besoin d'un au-delà de la portée de la simple "étoile" chauve-souris en aluminium fournie avec de nombreuses LED Luxeon. Vous n'aurez besoin d'un dissipateur thermique pour Q2 que si vous utilisez plus de 200 mAh de puissance dans votre circuit et/ou si la différence de tension entre votre alimentation CC et la « chute » de tension combinée de vos LED est « importante » (si le différence est supérieure à 2 volts, je serais sûr d'utiliser un dissipateur de chaleur). L'utilisation la plus efficace de tout dissipateur thermique nécessite également l'utilisation d'une infime quantité de graisse thermique (Arctic Silver est considéré comme un produit haut de gamme): nettoyez à la fois le dissipateur thermique et le corps du MOSFET/LED avec de l'alcool, enduisez une fine couche de graisse thermique uniforme sur chaque surface (j'aime utiliser une lame de couteau X-acto pour les résultats les plus lisses, les plus uniformes et les plus fins), puis appuyez sur les surfaces ensemble et fixez-les à l'aide d'une ou plusieurs vis à l'endroit approprié. Alternativement, il existe plusieurs types de ruban thermique qui serviront également le même but. Voici quelques options appropriées pour un dissipateur thermique et une alimentation électrique pour une configuration typique à une seule LED (rappelez-vous, vous aurez peut-être besoin de DEUX dissipateurs thermiques - un pour la LED et un pour le MOSFET - dans de nombreuses configurations):

Concernant les alimentations: Remarque rapide concernant les alimentations: pratiquement toutes les alimentations indiquent quelque part sur leur emballage le nombre de volts et d'ampères qu'elles peuvent fournir. Cependant, le nombre de volts est presque universellement sous-estimé et pratiquement toutes les alimentations fournissent en fait une tension supérieure à celle indiquée sur leur emballage. Pour cette raison, il sera important de tester toute alimentation donnée qui prétend fournir des volts près de l'extrémité supérieure de notre spectre (c'est-à-dire près de 18 volts) pour s'assurer qu'elle ne fournit pas trop de puissance (25 volts seraient probablement dépasser les limites de conception de notre circuit). Heureusement, en raison de la nature du circuit, cette surestimation de tension ne sera généralement pas un problème car le circuit peut gérer une large gamme de tensions sans endommager la ou les LED.

Étape 1: Créez le ou les dissipateurs de chaleur

Si vous avez besoin d'un dissipateur de chaleur pour votre Q2, vous devrez peut-être percer un trou dans ce dissipateur de chaleur afin de faire passer une vis dans le grand trou du corps du MOSFET. Il n'y a pas besoin d'une vis exacte tant que votre vis peut passer à travers le trou MOSFET, la tête de la vis est plus grande (légèrement) que ce trou, et le diamètre du trou que vous créez dans le dissipateur thermique est pas beaucoup plus petit que le diamètre du cylindre de la vis. Généralement, si vous utilisez un foret dont le diamètre est proche mais légèrement inférieur au diamètre du cylindre de votre vis, vous n'aurez aucune difficulté à attacher le MOSFET au dissipateur thermique. Les filetages de la plupart des vis en acier sont plus que suffisamment solides pour être coupés dans un dissipateur thermique (à condition qu'il soit en aluminium ou en cuivre) et ainsi "créer" le trou fileté nécessaire. Le perçage dans l'aluminium doit être effectué avec quelques gouttes d'huile pour machine très fine sur la pointe du foret (comme une huile 3-en-un ou une huile pour machine à coudre) et la perceuse enfoncée avec une légère pression ferme à environ 600 tr/min et 115 tr/min. en-lb de couple (cette perceuse Black & Decker ou quelque chose de similaire fonctionnera bien). Attention: ce sera un très petit trou peu profond et votre foret très fin peut se casser si trop de pression est appliquée dessus pendant trop longtemps ! Notez bien: le "corps" de Q2 est connecté électriquement à la broche "source" de Q2 - si quelque chose dans votre circuit touche ce dissipateur thermique autre que le corps du MOSFET, vous pouvez créer un court-circuit qui pourrait faire exploser votre LED. Envisagez de couvrir le côté du dissipateur thermique faisant face à vos fils avec une couche de ruban isolant pour éviter que cela ne se produise (mais n'enveloppez pas le dissipateur thermique avec plus que nécessaire, car son but est de déplacer la chaleur du MOSFET vers le l'air ambiant - le ruban électrique est un isolant, pas un conducteur, de l'énergie thermique).

Étape 2: le circuit

Voici ce que vous devez faire pour créer ce circuit:

* Soudez le fil positif de votre alimentation au nœud positif de votre LED. Soudez également une extrémité de la résistance 100K à ce même point (le nœud positif sur la LED).

* Soudez l'autre extrémité de cette résistance à la broche GATE du MOSFET et à la broche COLLECTOR du plus petit transistor. Si vous aviez collé les deux transistors ensemble et que le côté métallique du MOSFET était tourné vers vous avec les six broches du transistor dirigées vers le bas, la broche GATE et la broche COLLECTOR sont les DEUX PREMIÈRES BROCHES de ces transistors - en d'autres termes, soudez ensemble les deux broches les plus à gauche des transistors et soudez-les à l'extrémité libre de la résistance 100K.

* Connectez la broche centrale du MOSFET, la broche DRAIN, au nœud négatif de la LED avec un fil. Rien de plus ne sera attaché à la LED.

* Connectez la broche BASE du petit transistor (c'est-à-dire la broche du milieu) à la broche SOURCE du MOSFET (qui est sa broche la plus à droite).

* Connectez la broche EMITTER (la broche la plus à droite) du plus petit transistor au fil négatif de votre alimentation.

* Connectez cette même broche à une extrémité de R3, votre ou vos résistances de choix pour les besoins de votre LED.

* Connectez l'AUTRE extrémité de cette résistance à la broche BASE/SOURCE mentionnée précédemment des deux transistors.

Résumé: tout cela signifie que vous connectez les broches du milieu et de l'extrême droite du petit transistor entre elles via la résistance R3 et que vous connectez les transistors les uns aux autres deux fois directement (GATE to COLLECTOR, SOURCE to BASE) et encore une fois indirectement via R3 (ÉMETTEUR à SOURCE). La broche du milieu du MOSFET, le DRAIN, n'a rien à faire sauf se connecter au nœud négatif de votre LED. La LED se connecte à votre fil d'alimentation entrant et à une extrémité de R1, la résistance 100K (l'autre nœud de la LED est connecté à la broche DRAIN, comme nous venons de le mentionner). La broche EMITTER se connecte directement au fil négatif de votre alimentation, puis se reboucle sur elle-même (à sa propre broche BASE) et sur le MOSFET pour une troisième et dernière fois via la résistance R3 qui se connecte également directement au fil négatif de l'alimentation. Le MOSFET ne se connecte jamais directement aux fils négatifs ou positifs de l'alimentation, mais il se connecte aux DEUX via chacune des deux résistances ! Il n'y a pas de résistance entre la troisième broche du petit transistor, son ÉMETTEUR, et le fil négatif de l'alimentation - il se connecte directement. À l'autre extrémité de la configuration, l'alimentation entrante se connecte directement à la LED, même si elle pompe trop de puissance (au début) pour ne pas griller cette LED: la tension supplémentaire qui aurait causé ce dommage est en train d'être renvoyé à travers la résistance 100K et à travers nos transistors qui le garderont sous contrôle.

Étape 3: allumez-le: dépannez si nécessaire

Une fois que le ou les dissipateurs thermiques sont fixés et que vos joints de soudure sont tous fermes et que vous êtes certain que vos LED sont correctement orientées et que vous avez connecté les bons fils aux bons fils, il est temps de brancher l'alimentation CC et basculez l'interrupteur ! À ce stade, l'une des trois choses suivantes est susceptible de se produire: la ou les LED s'allumeront comme prévu, la ou les LED clignoteront brièvement puis s'éteindront, ou rien ne se passera du tout. Si vous obtenez le premier de ces résultats, félicitations ! Vous avez maintenant un circuit fonctionnel ! Que cela vous dure très longtemps. Si vous obtenez le résultat n°2, alors vous venez de faire exploser vos LED et devrez recommencer avec de toutes nouvelles (et vous devrez réévaluer votre circuit et déterminer où vous vous êtes trompé, probablement en vous connectant un fil mal ou en laissant se croiser 2 fils que vous ne devriez pas avoir). Si vous obtenez le résultat #3, alors il y a quelque chose qui ne va pas avec votre circuit. Éteignez-le, débranchez l'alimentation CC et parcourez votre circuit connexion par connexion en vous assurant que vous attachez correctement chaque fil et que vos LED sont toutes correctement orientées dans le circuit. Pensez également à vérifier la valeur miliamp connue de vos LED et à vous assurer que la valeur que vous avez choisie et que vous utilisez pour R3 fournira suffisamment de courant pour les piloter. Vérifiez la valeur de R1 et assurez-vous qu'elle est de 100k ohms. Enfin, vous pouvez tester Q1 et Q2, mais les méthodes pour ce faire dépassent le cadre de ce Instructable. Encore une fois: les raisons les plus probables pour lesquelles aucune lumière n'apparaît sont les suivantes: 1.) vos LED ne sont pas orientées correctement - vérifiez l'orientation à l'aide du multimètre et réorientez si nécessaire; 2.) vous avez un joint de soudure desserré quelque part dans votre circuit - prenez un fer à souder et ressoudez toutes les connexions qui pourraient être desserrées; 3.) vous avez un fil croisé quelque part dans votre circuit - vérifiez tous les fils pour les courts-circuits et séparez ceux qui pourraient être en contact - il suffit d'un petit fil de cuivre lâche quelque part pour faire échouer le circuit; 4.) votre R3 a une valeur trop élevée pour permettre à la ou aux LED de fonctionner - envisagez de la remplacer par une résistance de résistance inférieure, ou raccourcissez légèrement votre fil nichrome; 5.) votre interrupteur ne ferme pas le circuit - testez avec le multimètre et réparez-le ou remplacez-le; 6.) vous avez déjà endommagé la ou les LED ou l'un des autres composants du schéma en: résistance de watt) ou un dissipateur thermique suffisamment grand pour Q2 ou pour vos LED (Q2 et vos LED sont rapidement sujets à des dommages thermiques potentiels s'ils ne sont pas connectés aux dissipateurs thermiques avant d'allumer le circuit), ou; b.) croiser des fils et endommager accidentellement vos LED (cela s'accompagne généralement d'une bouffée de fumée malodorante); ou 7.) vous utilisez un Q1 ou Q2 qui n'est pas correct pour ce circuit. Aucun autre type de résistance n'est connu pour remplacer ces deux composants. Si vous essayez de créer ce circuit à partir d'autres types de transistors, vous devez vous attendre à ce que le circuit ne fonctionne pas. J'aimerais pouvoir répondre à des questions techniques concernant la construction de circuits et de pilotes LED, mais comme je l'ai déjà dit, je ne suis pas un expert et la plupart de ce que vous voyez ici était déjà couvert dans un autre Instructable écrit par quelqu'un qui en sait plus sur ce processus que moi. Espérons que ce que je vous ai donné ici est au moins plus clair et plus explicite que d'autres Instructables similaires disponibles sur ce site. Bonne chance!

Si votre circuit fonctionne, félicitations ! Avant d'appeler le projet terminé, assurez-vous d'enlever tout flux restant de vos joints de soudure avec de l'alcool à friction ou un autre solvant approprié tel que le toluène. Si le flux reste sur votre circuit, il corrodera vos broches, endommagera votre fil nichrome (si vous en utilisez un) et peut même endommager votre LED avec suffisamment de temps. Le flux, c'est bien, mais quand vous en avez fini, il faut y aller ! Assurez-vous également que, quelle que soit la configuration de votre lampe pour qu'elle fonctionne, il n'y aura aucune chance qu'un de ses fils touche ou se sépare accidentellement lorsque le circuit est utilisé ou déplacé. Une grande quantité de colle chaude peut être utilisée comme une sorte de composé d'empotage, mais un véritable composé d'empotage serait préférable. Un circuit non protégé qui s'habitue à n'importe quoi est sujet à des défaillances avec suffisamment de temps, et les joints de soudure ne sont parfois pas aussi stables que nous aimerions le penser. Plus votre circuit final est sécurisé, plus vous en tirerez profit !