Circuits de commande de LED haute puissance : 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:10

LED haute puissance: l'avenir de l'éclairage !

mais… comment les utilisez-vous ? Où les trouvez vous? Les LED de puissance de 1 watt et 3 watts sont maintenant largement disponibles dans la gamme de 3 à 5 $, j'ai donc travaillé sur un tas de projets ces derniers temps qui les utilisent. dans le processus, cela me dérangeait que les seules options dont on parle pour piloter les LED soient: (1) une résistance ou (2) un gadget électronique très coûteux. maintenant que les LED coûtent 3 $, il ne faut pas payer 20 $ pour que l'appareil les conduise ! Je suis donc retourné à mon livre "Analog Circuits 101" et j'ai trouvé quelques circuits simples pour piloter des LED d'alimentation qui ne coûtaient que 1 $ ou 2 $. Cette instructable vous donnera un coup par coup de tous les différents types de circuits pour alimenter les grandes LED, tout, des résistances aux alimentations à découpage, avec quelques conseils sur chacun d'eux, et bien sûr donnera beaucoup de détails sur ma nouvelle puissance simple Circuits de pilote de LED et quand/comment les utiliser (et j'ai jusqu'à présent 3 autres instructables qui utilisent ces circuits). Certaines de ces informations finissent par être assez utiles pour les petites LED. Voici mes autres instructables à LED de puissance, consultez-les pour d'autres notes et idées.

Étape 1: Présentation / Pièces

Il existe plusieurs méthodes courantes pour alimenter les LED. Pourquoi tout ce tapage ? Cela se résume à ceci: 1) Les LED sont très sensibles à la tension utilisée pour les alimenter (c'est-à-dire que le courant change beaucoup avec un petit changement de tension) 2) La tension requise change un peu lorsque la LED est chaude ou l'air froid, et également en fonction de la couleur de la LED et des détails de fabrication. Il existe donc plusieurs manières courantes d'alimenter les LED, et je vais passer en revue chacune d'entre elles dans les étapes suivantes.

PiècesCe projet montre plusieurs circuits pour piloter des LED de puissance. pour chacun des circuits, j'ai noté à l'étape appropriée les pièces nécessaires, y compris les numéros de pièce que vous pouvez trouver sur www.digikey.com. afin d'éviter beaucoup de contenu dupliqué, ce projet ne traite que de circuits spécifiques et de leurs avantages et inconvénients. pour en savoir plus sur les techniques d'assemblage et pour connaître les numéros de référence des LED et où vous pouvez les obtenir (et d'autres sujets), veuillez vous référer à l'un de mes autres projets de LED de puissance.

Étape 2: Données de performance des LED d'alimentation - Tableau de référence pratique

Vous trouverez ci-dessous quelques paramètres de base des LED Luxeon que vous utiliserez pour de nombreux circuits. J'utilise les chiffres de ce tableau dans plusieurs projets, donc ici, je les mets tous au même endroit que je peux référencer facilement. Luxeon 1 et 3 sans courant (point de coupure): blanc/bleu/vert/ cyan: chute de 2,4 V (= "tension directe LED") rouge/orange/ambre: chute de 1,8 VLuxeon-1 avec courant de 300 mA: blanc/bleu/vert/cyan: chute de 3,3 V (= "tension directe LED") rouge/orange /ambre: 2,7 V dropLuxeon-1 avec un courant de 800 mA (au-dessus des spécifications): toutes les couleurs: 3,8 V dropLuxeon-3 avec un courant de 300 mA: blanc/bleu/vert/cyan: 3,3 V dropred/orange/ambre: 2,5 V dropLuxeon-3 avec Courant 800mA: blanc/bleu/vert/cyan: 3,8 V rouge/orange/ambre: chute de 3,0 V (remarque: mes tests ne sont pas d'accord avec la fiche technique)Luxeon-3 avec courant de 1 200 mA: rouge/orange/ambre: chute de 3,3 V (note: mes tests ne sont pas d'accord avec la fiche technique) Les valeurs typiques des "petites" LED ordinaires avec 20 mA sont: rouge/orange/jaune: 2,0 V vert/cyan/bleu/violet/blanc: 3,5 V

Étape 3: Alimentation directe

Pourquoi ne pas simplement connecter votre batterie directement à la LED ? Cela semble si simple ! Quel est le problème? Puis-je le faire un jour ? Le problème est la fiabilité, la cohérence et la robustesse. Comme mentionné, le courant traversant une LED est très sensible aux petits changements de la tension aux bornes de la LED, ainsi qu'à la température ambiante de la LED, ainsi qu'aux variations de fabrication de la LED. Ainsi, lorsque vous connectez simplement votre LED à une batterie, vous n'avez aucune idée de la quantité de courant qui la traverse. "mais alors, ça s'est allumé, n'est-ce pas ?". OK, bien sûr. selon la batterie, vous pourriez avoir beaucoup trop de courant (la led devient très chaude et brûle rapidement), ou trop peu (la led est faible). l'autre problème est que même si la led est juste quand vous la connectez pour la première fois, si vous l'emmenez dans un nouvel environnement qui est plus chaud ou plus froid, elle deviendra soit faible ou trop brillante et grillera, car la led est très température sensible. les variations de fabrication peuvent aussi causer de la variabilité. Alors peut-être que vous lisez tout cela, et vous vous dites: "et alors !". si c'est le cas, avancez et connectez-vous directement à la batterie. pour certaines applications, cela peut être la voie à suivre.- Résumé: n'utilisez ceci que pour des hacks, ne vous attendez pas à ce qu'il soit fiable ou cohérent, et attendez-vous à brûler certaines LED en cours de route.- Un hack célèbre qui met cette méthode Le Throwie LED est un excellent usage. Remarques: - si vous utilisez une batterie, cette méthode fonctionnera mieux avec des * petites * batteries, car une petite batterie agit comme si elle avait une résistance interne. c'est l'une des raisons pour lesquelles la LED Throwie fonctionne si bien. - Si vous voulez réellement le faire avec une LED d'alimentation plutôt qu'une LED de 3 centimes, choisissez la tension de votre batterie afin que la LED ne soit pas à pleine puissance. c'est l'autre raison pour laquelle le LED Throwie fonctionne si bien.

Étape 4: L'humble résistance

C'est de loin la méthode la plus largement utilisée pour alimenter les LED. Il suffit de connecter une résistance en série avec votre (vos) LED(s). Avantages: - c'est la méthode la plus simple qui fonctionne de manière fiable - n'a qu'une partie - coûte quelques centimes (en fait, moins d'un centime en quantité) inconvénients: - pas très efficace. vous devez faire un compromis entre la puissance gaspillée et une luminosité LED constante et fiable. si vous gaspillez moins d'énergie dans la résistance, vous obtenez des performances LED moins constantes. - vous devez changer de résistance pour changer la luminosité de la LED - si vous modifiez de manière significative l'alimentation ou la tension de la batterie, vous devez à nouveau changer la résistance.

Comment le faire: Il existe de nombreuses pages Web intéressantes expliquant déjà cette méthode. En règle générale, vous souhaitez déterminer: quelle valeur de résistance utiliser - comment connecter vos LED en série ou en parallèle. concevez le circuit série/parallèle complet et les résistances pour vous!https://led.linear1.org/led.wizhttps://metku.net/index.html?sect=view&n=1&path=mods/ledcalc/index_engLorsque vous utilisez ces sites Web calculatrices, utilisez le tableau de référence pratique des données de LED d'alimentation pour les numéros de courant et de tension que la calculatrice vous demande. en voici quelques-uns bon marché de digikey: "Yageo SQP500JB" est une série de résistances de 5 watts.

Étape 5: régulateurs $witching

Les régulateurs à découpage, alias les convertisseurs "DC-to-DC", "buck" ou "boost", sont le moyen sophistiqué d'alimenter une LED. ils font tout, mais ils sont chers. qu'est-ce qu'ils « font » exactement ? le régulateur à découpage peut abaisser ("buck") ou augmenter ("augmenter") la tension d'entrée d'alimentation à la tension exacte nécessaire pour alimenter les LED. contrairement à une résistance, il surveille en permanence le courant LED et s'adapte pour le maintenir constant. Il fait tout cela avec une efficacité énergétique de 80 à 95 %, quel que soit le degré d'abaissement ou d'augmentation. pour les convertisseurs boost et 90-95% pour les convertisseurs buck - peut alimenter les LED à partir d'alimentations de tension inférieure ou supérieure (élévatrice ou abaisseur) - certaines unités peuvent ajuster la luminosité des LED - des unités conçues pour les LED d'alimentation sont disponibles et faciles à utiliserInconvénients: complexe et coûteux: généralement environ 20 $ pour une unité emballée. - la fabrication du vôtre nécessite plusieurs pièces et des compétences en génie électrique.

Le Buckpuck de LED Dynamics est un appareil standard conçu spécialement pour les LED d'alimentation. J'en ai utilisé un dans mon projet de lampe frontale à LED et j'en ai été très satisfait. ces appareils sont disponibles dans la plupart des magasins en ligne LED.

Étape 6: Les nouveautés !! Source de courant constant #1

passons aux nouveautés ! Le premier ensemble de circuits est constitué de petites variations sur une source de courant constant super simple. Avantages: - des performances LED constantes avec n'importe quelle alimentation et LED - coûte environ 1 $ - seulement 4 pièces simples à connecter - l'efficacité peut être supérieure à 90% (avec une sélection appropriée de LED et d'alimentation) - peut gérer BEAUCOUP de puissance, 20 ampères ou plus sans problème. - faible "chute" - la tension d'entrée peut être aussi peu que 0,6 volt supérieure à la tension de sortie.- plage de fonctionnement super large: entre 3V et 60V inputCons: - doit changer une résistance pour changer la luminosité de la LED- si mal configuré, cela peut gaspiller autant d'énergie que la méthode de résistance- vous devez le construire vous-même (oh attendez, cela devrait être un "pro").- la limite de courant change un peu avec la température ambiante (peut aussi être un "pro"). Donc pour résumer: ce circuit fonctionne aussi bien que le régulateur à découpage abaisseur, la seule différence est qu'il ne garantit pas 90 % d'efficacité. du côté positif, il ne coûte que 1 $.

Version la plus simple d'abord: "Source de courant constant à faible coût n°1" Ce circuit est présenté dans mon projet d'éclairage à LED simple. Comment ça marche ? - Q2 (un NFET de puissance) est utilisé comme résistance variable. Q2 démarre allumé par R1.- Q1 (un petit NPN) est utilisé comme interrupteur de détection de surintensité, et R3 est la "résistance de détection" ou "résistance de réglage" qui déclenche Q1 lorsque trop de courant circule.- Le le flux de courant principal passe par les LED, par Q2 et par R3. Lorsque trop de courant traverse R3, Q1 commencera à s'allumer, ce qui commencera à éteindre Q2. La désactivation de Q2 réduit le courant à travers les LED et R3. Nous avons donc créé une "boucle de rétroaction", qui surveille en permanence le courant LED et le maintient exactement au point de consigne à tout moment. les transistors sont intelligents, hein !- R1 a une résistance élevée, de sorte que lorsque Q1 commence à s'allumer, il surpasse facilement R1.- Le résultat est que Q2 agit comme une résistance, et sa résistance est toujours parfaitement réglée pour maintenir le courant LED correct. Tout excès de puissance est brûlé en Q2. Ainsi pour une efficacité maximale, nous souhaitons configurer notre chaîne de LED pour qu'elle soit proche de la tension d'alimentation. Cela fonctionnera bien si nous ne le faisons pas, nous gaspillerons simplement de l'énergie. c'est vraiment le seul inconvénient de ce circuit par rapport à un régulateur abaisseur à découpage !réglage du courant !la valeur de R3 détermine le courant de consigne. Calculs:- le courant de la LED est approximativement égal à: 0,5 / R3- la puissance R3: la puissance dissipée par la résistance est d'environ: 0,25 / R3. choisissez une valeur de résistance d'au moins 2x la puissance calculée pour que la résistance ne brûle pas. Donc pour un courant LED de 700mA: R3 = 0,5 / 0,7 = 0,71 ohms. la résistance standard la plus proche est de 0,75 ohms. Puissance R3 = 0,25 / 0,71 = 0,35 watts. nous aurons besoin d'au moins une résistance nominale de 1/2 watt. Pièces utilisées: R1: petite (1/4 watt) résistance d'environ 100 kohms (telle que: série Yageo CFR-25JB) R3: grand jeu de courant (1 watt+) résistance. (un bon choix de 2 watts est: série Panasonic ERX-2SJR) Q2: grand (boîtier TO-220) FET de niveau logique à canal N (tel que: Fairchild FQP50N06L) Q1: petit (boîtier TO-92) transistor NPN (tels que: Fairchild 2N5088BU)Limites maximales: la seule vraie limite au circuit source de courant est imposée par NFET Q2. Q2 limite le circuit de deux manières: 1) la dissipation de puissance. Q2 agit comme une résistance variable, abaissant la tension de l'alimentation pour répondre aux besoins des LED. donc Q2 aura besoin d'un dissipateur thermique s'il y a un courant LED élevé ou si la tension de la source d'alimentation est beaucoup plus élevée que la tension de la chaîne LED. (Puissance Q2 = chute de tension * courant LED). Q2 ne peut gérer que 2/3 watts avant d'avoir besoin d'une sorte de dissipateur thermique. avec un grand dissipateur thermique, ce circuit peut gérer BEAUCOUP de puissance et de courant - probablement 50 watts et 20 ampères avec ce transistor exact, mais vous pouvez simplement mettre plusieurs transistors en parallèle pour plus de puissance.2). la broche "G" sur Q2 n'est conçue que pour 20V, et avec ce circuit le plus simple qui limitera la tension d'entrée à 20V (disons 18V pour être sûr). si vous utilisez un NFET différent, assurez-vous de vérifier la cote "Vgs". sensibilité thermique: le point de consigne actuel est quelque peu sensible à la température. c'est parce que Q1 est le déclencheur, et Q1 est sensible à la chaleur. le numéro de pièce i spécifié ci-dessus est l'un des NPN les moins sensibles thermiquement que j'ai pu trouver. malgré cela, attendez-vous peut-être à une réduction de 30% du point de consigne actuel lorsque vous passez de -20C à +100C. cela peut être un effet souhaité, cela pourrait éviter la surchauffe de votre Q2 ou de vos LED.

Étape 7: Ajustements constants de la source de courant: #2 et #3

ces légères modifications sur le circuit n°1 concernent la limitation de tension du premier circuit. nous devons garder la porte NFET (broche G) en dessous de 20V si nous voulons utiliser une source d'alimentation supérieure à 20V. il s'avère que nous voulons également le faire afin de pouvoir interfacer ce circuit avec un microcontrôleur ou un ordinateur.

dans le circuit #2, j'ai ajouté R2, tandis que dans #3 j'ai remplacé R2 par Z1, une diode Zener. le circuit n°3 est le meilleur, mais j'ai inclus le n°2 car c'est un hack rapide si vous n'avez pas la bonne valeur de diode zener. nous voulons régler la tension de la broche G à environ 5 volts - utilisez une diode Zener de 4,7 ou 5,1 volts (telle que: 1N4732A ou 1N4733A) - plus bas et Q2 ne pourra pas s'allumer complètement, plus haut et cela ne fonctionnera pas avec la plupart des microcontrôleurs. si votre tension d'entrée est inférieure à 10 V, changez R1 pour une résistance de 22 kohms, la diode Zener ne fonctionne que si 10 uA la traverse. après cette modification, le circuit gérera 60V avec les pièces répertoriées, et vous pouvez facilement trouver un Q2 à tension plus élevée si nécessaire.

Étape 8: Un petit micro fait toute la différence

Maintenant quoi? connectez-vous à un micro-contrôleur, PWM ou à un ordinateur! Vous disposez maintenant d'une lumière LED haute puissance entièrement contrôlée numériquement. Les broches de sortie du micro-contrôleur ne sont généralement évaluées qu'à 5,5 V, c'est pourquoi la diode Zener est importante. votre micro-contrôleur est de 3,3 V ou moins, vous devez utiliser le circuit n° 4 et régler la broche de sortie de votre micro-contrôleur sur "collecteur ouvert" - ce qui permet au micro d'abaisser la broche, mais laisse la résistance R1 la tirer jusqu'à 5V qui est nécessaire pour allumer complètement Q2. - le micro 5V peut allumer Q2 tout seul. Maintenant que vous avez un PWM ou un micro connecté, comment faire un contrôle numérique de la lumière ? pour changer la luminosité de votre lumière, vous la "PWM": vous l'allumez et l'éteignez rapidement (200 Hz est une bonne vitesse), et changez le rapport entre le temps d'activation et le temps d'arrêt. cela peut être fait avec juste un quelques lignes de code dans un microcontrôleur. pour le faire en utilisant juste une puce '555', essayez ce circuit. pour utiliser ce circuit, débarrassez-vous de M1, D3 et R2, et leur Q1 est notre Q2.

Étape 9: Une autre méthode de gradation

ok, alors peut-être que vous ne voulez pas utiliser de microcontrôleur ? voici une autre modification simple sur le "circuit #1"

le moyen le plus simple d'atténuer les LED est de changer le point de consigne actuel. donc on va changer R3 ! ci-dessous, j'ai ajouté R4 et un commutateur en parallèle avec R3. donc avec l'interrupteur ouvert, le courant est réglé par R3, avec l'interrupteur fermé, le courant est réglé par la nouvelle valeur de R3 en parallèle avec R4 - plus de courant. alors maintenant nous avons "haute puissance" et "faible puissance" - parfait pour une lampe de poche. peut-être voudriez-vous mettre un cadran à résistance variable pour R3 ? malheureusement, ils ne les fabriquent pas avec une valeur de résistance aussi faible, nous avons donc besoin de quelque chose d'un peu plus compliqué pour le faire. (voir circuit #1 pour savoir comment choisir les valeurs des composants)

Étape 10: Le pilote analogique réglable

Ce circuit permet d'avoir une luminosité réglable, mais sans utiliser de microcontrôleur. C'est entièrement analogique ! cela coûte un peu plus - environ 2 $ ou 2,50 $ au total - j'espère que cela ne vous dérangera pas. La principale différence est que le NFET est remplacé par un régulateur de tension. le régulateur de tension abaisse la tension d'entrée un peu comme le NFET, mais il est conçu pour que sa tension de sortie soit définie par le rapport entre deux résistances (R2 + R4 et R1). Le circuit de limitation de courant fonctionne de la même manière comme auparavant, dans ce cas, il réduit la résistance aux bornes de R2, abaissant la sortie du régulateur de tension. Ce circuit vous permet de régler la tension sur les LED à n'importe quelle valeur à l'aide d'un cadran ou d'un curseur, mais il limite également le courant de la LED comme auparavant. vous ne pouvez pas tourner le cadran au-delà du point de sécurité. J'ai utilisé ce circuit dans mon projet d'éclairage de pièce/spot à contrôle de couleur RVB. Veuillez consulter le projet ci-dessus pour les numéros de pièce et la sélection de la valeur de résistance. Ce circuit peut fonctionner avec une tension d'entrée de 5 V à 28V, et jusqu'à 5 ampères de courant (avec un radiateur sur le régulateur)

Étape 11: Une source de courant *encore plus simple*

ok, il s'avère donc qu'il existe un moyen encore plus simple de créer une source à courant constant. la raison pour laquelle je ne l'ai pas mis en premier est qu'il présente également au moins un inconvénient important.

Celui-ci n'utilise pas de transistor NFET ou NPN, il n'a qu'un seul régulateur de tension. Par rapport à la précédente "simple source de courant" utilisant deux transistors, ce circuit comporte: - encore moins de pièces. - "dropout" beaucoup plus élevé de 2,4 V, ce qui réduira considérablement l'efficacité lors de l'alimentation d'une seule LED. si vous alimentez une chaîne de 5 LED, ce n'est peut-être pas si grave. - pas de changement du point de consigne actuel lorsque la température change - moins de capacité de courant (5 ampères - encore assez pour beaucoup de LED)

comment l'utiliser: la résistance R3 règle le courant. la formule est: LED courant en ampères = 1,25 / R3 donc pour un courant de 550mA, réglez R3 à 2,2 ohms vous aurez généralement besoin d'une résistance de puissance, R3 puissance en watts = 1,56 / R3 ce circuit a aussi l'inconvénient que le seul La façon de l'utiliser avec un microcontrôleur ou un PWM est d'allumer et d'éteindre le tout avec un FET de puissance. et la seule façon de changer la luminosité de la LED est de changer R3, donc reportez-vous au schéma précédent pour le "circuit #5" qui montre l'ajout d'un interrupteur basse/haute puissance. brochage du régulateur: ADJ = broche 1 OUT = broche 2 IN = broche 3 parties: régulateur: soit LD1585CV soit LM1084IT-ADJ condensateur: 10u à 100u condensateur, 6,3 volts ou plus (comme: Panasonic ECA-1VHG470) résistance: une résistance de 2 watts minimum (comme: Panasonic série ERX-2J) vous pouvez le construire avec à peu près n'importe quel régulateur de tension linéaire, les deux répertoriés ont de bonnes performances générales et un bon prix. le "LM317" classique est bon marché, mais le décrochage est encore plus élevé - 3,5 volts au total dans ce mode. il existe maintenant de nombreux régulateurs à montage en surface avec des décrochages ultra-faibles pour une utilisation à faible courant, si vous avez besoin d'alimenter 1 LED à partir d'une batterie, cela peut valoir la peine d'être examiné.

Étape 12: haha ! Il existe un moyen encore plus simple

Je suis gêné de dire que je n'ai pas pensé à cette méthode moi-même, je l'ai appris quand j'ai démonté une lampe de poche qui contenait une LED haute luminosité.

-------------- Mettez une résistance PTC (alias un "fusible réarmable PTC") en série avec votre LED. Wow.ne devient pas plus facile que cela. -------------- d'accord. Bien que simple, cette méthode présente quelques inconvénients: - Votre tension de pilotage ne peut être que légèrement supérieure à la tension d'allumage de la LED. En effet, les fusibles PTC ne sont pas conçus pour éliminer beaucoup de chaleur, vous devez donc maintenir la chute de tension aux bornes du PTC assez faible. vous pouvez coller votre ptc sur une plaque métallique pour vous aider un peu. - Vous ne pourrez pas piloter votre LED à sa puissance maximale. Les fusibles PTC n'ont pas un courant de "déclenchement" très précis. Généralement, ils varient d'un facteur 2 par rapport au point de déclenchement nominal. Donc, si vous avez une LED qui a besoin de 500mA et que vous obtenez un PTC évalué à 500mA, vous vous retrouverez avec n'importe où de 500mA à 1000mA - pas sans danger pour la LED. Le seul choix sûr de PTC est un peu sous-estimé. Obtenez le PTC 250mA, alors votre pire des cas est 500mA que la LED peut gérer. ----------------- Exemple: Pour une seule LED d'environ 3,4V et 500mA. Connectez-vous en série avec un PTC évalué à environ 250 mA. La tension d'entraînement doit être d'environ 4,0 V.