Torche LED modulée en largeur d'impulsion : 8 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:11

La modulation de largeur d'impulsion (PWM) peut être utilisée pour faire varier la puissance, la vitesse ou la luminosité de nombreux appareils. Avec les LED, le PWM peut être utilisé pour les atténuer ou les rendre plus lumineux. Je vais les utiliser pour faire une petite lampe torche. Une LED peut être atténuée en l'allumant et en l'éteignant rapidement, plusieurs fois par seconde. En faisant varier le rapport d'espacement des marques, la luminosité est variée. Une mise en œuvre simple d'un système PWM serait une horloge alimentant une LED et une résistance de protection au sol. L'horloge devrait idéalement osciller à une fréquence de 50 Hz pour s'assurer que vous ne verrez pas l'oscillation. Pour tester cela, vous pouvez soit utiliser un générateur de signaux pour fournir une onde carrée, comme ci-dessous, soit créer un circuit pour le faire pour vous.

Étape 1: Oscillateur de relaxation

Ce circuit produira une onde carrée avec un rapport cyclique de 50 %. Deux résistances de 10K connectées à l'entrée + de l'ampli-op fournissent une tension de référence, et R1 et C1, connectées à l'entrée -, créent une constante de temps qui contrôle la fréquence, f = 1/{2ln(3)RC}. Le condensateur C1 se charge et se décharge à travers la résistance R1, et le temps nécessaire pour que ce cycle se produise est la période de la forme d'onde.

Étape 2: Oscillateur de relaxation

En définissant la fréquence à l'étape 1, R1 peut être remplacé par un potentiomètre RP de valeur 2R1 et deux diodes. Cette modification permettra au cycle de service de varier, tout en maintenant une fréquence constante. Pour les besoins du PWM général des LED, il n'y a pas besoin d'une précision absolue avec la fréquence. S'il y a une exigence de précision, alors le potentiomètre choisi doit être aussi proche, mais pas plus que 2R1, et une résistance de compensation égale à R1-RP/2. Une solution alternative consiste à utiliser deux résistances en série avec les deux diodes, pour donner un cycle de service fixe et prédéfini.

Étape 3: Sortie de l'oscillateur de relaxation

Le signal d'horloge peut être connecté directement à une seule LED, mais cela ne permettra pas à la LED d'être contrôlée par une source logique externe. Au lieu de cela, il peut être plus facile d'alimenter cette sortie à la base d'un transistor, puis d'utiliser le transistor pour allumer et éteindre la LED. Le diviseur de potentiel sur l'entrée du transistor est de réduire la sortie de l'oscillateur de relaxation, car dans il est éteint, il produira toujours 2v. Celui-ci doit être réduit en dessous de 0.7v afin de ne pas allumer le transistor, sinon la LED restera allumée en permanence et cuire.

Étape 4: Augmenter la luminosité

L'autre application utile du PWM avec une LED est que la LED peut être traversée par un courant plus important que la normale, ce qui la rend plus lumineuse. Normalement ce courant détruirait la LED, mais comme la LED n'est allumée qu'une fraction du temps, la puissance moyenne transmise à la LED est dans la tolérance. La limite de ce courant est définie sur la fiche technique du fabricant de la LED, identifiée comme courant d'impulsion directe. Il y a aussi souvent des détails concernant la largeur d'impulsion minimale et les cycles de service. En utilisant une LED blanche à titre d'exemple, les spécifications suivantes sont données comme: Courant direct = 30mAPulse Courant direct = 150mAPulse Width =< 10msDuty Cycle =< 1:10En utilisant les informations sur la largeur d'impulsion et le rapport cyclique, l'oscillateur de relaxation peut être recalculé avec T= 2ln(2)RCEn supposant qu'un condensateur de 10nF est utilisé et que l'on souhaite TON = 10ms et TOFF = 1ms, les calculs suivants peuvent être effectués, puis le schéma de circuit tracé.

Étape 5: Augmentation de la puissance

L'autre exigence pour augmenter la luminosité est d'augmenter le courant traversant la LED. C'est relativement simple. En supposant une alimentation logique de 5 V à la LED, et d'après la fiche technique, la tension standard de la LED est de 3,6 V. La résistance de protection peut être calculée en soustrayant la tension LED de la tension d'alimentation, puis en la divisant par le courant. R = (VS - VLED) / (iMAX)R = (5 - 3.6) / 0.15R = 1.4 / 0.15R = 9.3 = 10RI Il est cependant probable que la source d'alimentation de la LED ne soit pas en mesure de fournir un courant suffisant de 100mA, même si ce n'est que pour un temps très court. Il peut être nécessaire d'alimenter la LED à travers le transistor, éventuellement contrôlé par un autre transistor en série également capable de transporter le courant. Dans ce circuit, la tension d'alimentation de l'ampli-op doit être utilisée, car l'alimentation logique 5v sera trop petit. Il y a une chute de 0,7 V sur les deux transistors et de 3,6 V sur la LED, totalisant 5 V et ne laissant rien pour une résistance de protection. Cependant, pour la torche, le contrôle peut être placé sur l'alimentation du circuit. VR = 9 - (3,6 + 0,7)VR = 4,7vR = 4,7 / 0,15R = 31 = 33R

Étape 6: Circuit final

Vous trouverez ci-dessous le schéma de circuit final. Une fois implémenté, un interrupteur sera placé sur l'alimentation et cinq autres paires de résistances LED seront placées en parallèle avec la paire existante.

Étape 7: Testez le circuit

Il s'agit d'une version à LED unique du circuit. Pas particulièrement bien rangé, mais c'est un prototype, et suit le schéma de circuit de l'étape 7. Vous pouvez également voir sur l'alimentation que seulement 24 mA sont tirés, contre 30 mA si la LED était connectée normalement. A partir de la troisième image contenant deux LED, il apparaît que les deux LED ont la même luminosité. Cependant très rapidement, la LED à entraînement direct chauffe rapidement, ce qui donne une bonne raison au PWM.

Étape 8: Torche terminée

Le transfert du circuit vers le veroboard est un défi, en particulier la condensation de l'oscillateur de relaxation afin qu'il s'insère dans le boîtier. La principale chose à vérifier est qu'aucun fil n'est croisé ou n'est suffisamment lâche pour se croiser. L'ajout de 5 LED supplémentaires, un commutateur en série avec un connecteur de batterie, puis leur placement dans un boîtier sont plus simples. En connectant l'alimentation au connecteur de batterie pour tester le circuit, la lecture de courant moyenne était d'environ 85 mA. C'est nettement plus petit que 180mA (6*30mA) qu'exigerait un système d'entraînement direct. que spécifiquement c'est la production. Cependant, en règle générale, vous devez tester le circuit et le faire fonctionner sur la maquette, puis transférer les composants sur la carte vero, en commençant par les composants plus petits. Si vous êtes compétent et rapide à souder, vous pourrez peut-être souder une puce directement sur la carte en toute sécurité, sinon vous devriez utiliser un porte-puce.