Blog > Komentarze do wpisu

Lampka RGB cz.2, źródło prądowe

Teoretycznie, źródło prądowe, w elektronice jest elementem, charakteryzowanym jedynie przez płynący prąd, a nie napięcie. Wymusza ono w obwodzie przepływ prądu o danym natężeniu, osiągając to przez dostosowanie napięcia do bieżącego obciążenia.

W praktyce jednak nie istnieje idealne źródło prądowe. To oznacza, że urządzenie będzie pracować dobrze w skończonym zakresie rezystancji obciążenia. Oprócz tego będzie miało pewien zakres napięć zasilających (minimalne i maksymalne), a także niewielki dryf temperaturowy i napięciowy. W dużej mierze jednak wystarczy to do bezawaryjnego zasilania diody LED.

Diody LED zasila się prądowo, a nie napięciowo, z powodu stromej charakterystyki prądowo/napięciowej diody, zależności napięcia przewodzenia od temperatury, opisanej w równaniu Ebersa - Molla. Oprócz tego nie możemy mieć pewności, że kilka LEDów będzie przewodzić taki sam prąd przy tym samym dołączonych do nich napięciu. Z tej przyczyny nie ma sensu łączenie ich równolegle, a jedynie szeregowo. Wtedy przez każdą z diod będzie płynął ten sam prąd.

Najprostszym układem źródła prądowego jest rezystor włączony w szereg z diodą. Połączenie rezystancji dynamicznej diody  (niskiej w zakresie emisji światła) i rezystora sprawia, że zmiany napięcia wpływają w mniejszym stopniu na moc odkładaną na diodzie, niż na rezystorze. Układ staje się mniej wrażliwy na wahania napięcia, stabilizując moc odkładaną na diodzie nie dopuszczając do jej łatwego uszkodzenia.  Jak to policzyć ? Znajdujemy zależność prąd/napięcie naszej diody. LEDy o różnych kolorach, mają drastycznie różne napięcia pracy z nominalnym prądem, dlatego znalezienie charakterystyki diody o danym kolorze, jest kluczowe dla poprawnego policzenia rezystancji dołączonej w szereg.

Rez_szeregowa = (VCC - Vdiody)/(prąd nominalny)

Przykładowe rozwiązanie to np: (5V-2.1V)/(0.02A), co da nam rezystor około 150 ohm. Moc wydzielona na rezystorze to (5V-2.1V)/(0.02A), a na diodzie 2.1V*0.02A, co jest istotne dla diod o wyższym prądzie.

Tak na prawdę, jeśli jednak dysponujemy taką diodą (zwaną diodą LED mocy - power led), powinniśmy zastosować źródło prądowe z tranzystorem, co zapewni znaczną poprawę właściwości w stosunku do powyższego rozwiązania. Jest kilka sposobów na wybudowanie prostego źródła prądowego z elementów dyskretnych. Oprócz tego można oczywiście kupić sobie scalony regulator, albo sterownik diody LED (driver LED). Dodatkowo, w urządzeniach mobilnych można zastosować przetwornicę impulsową dedykowaną, ze względu na wysoką efektywność takiego rozwiązania.

Przejrzyjmy kilka sposobów na zbudowanie źródła prądowego.

To dość prosty układ źródła prądowego, do stabilizacji prądu używa rezystora emiterowego i diody zenera o wybranym prądzie zenera. W tym przypadku jest to 2.4V. Prąd w układzie jest określany z prawa Ohma, jako stosunek napięcia na emiterze do wartości rezystora emiterowego. Wiadomo, że napięcie emitera jest o około 0.7V niższe od napięcia bazy, które jest definiowane przez diodę Zenera.

Prąd kolektora płynący przez diodę jest niższy o prąd bazy i wynosi prawie tyle co prąd emitera.

Prąd_diody = (Uzenera - 0.7)/R1

Układ nie jest skompensowany temperaturowo, ale różnice prądu nie powinny być duże. Można dodać diodę do obwodu emiterowego i sprzęgnąć ją termicznie z tranzystorem. Minusem jest spora moc odkładająca się na rezystorze emiterowym. Trzeba pamiętać jak sterować układ. Ustawienie wyjścia w stanie niskim oznacza odcięcie Q1, natomiast ustawienie wyjścia mikrokontrolera w stanie o wysokiej impedancji lub całkowite odpięcie, uruchamia źródło prądowe. Podanie stanu wysokiego na pin procesora może skończyć się uszkodzeniem, bo dioda Zenera będzie starała się utrzymać 2.4V i zacznie lawinowo przewodzić.

Tutaj jest inny układ, z dwoma diodami spolaryzowanymi w kierunku przewodzenia, zapewnia dobrą kompensację temperaturową, ale kontrola prądu jest trudniejsza ze względu na niewielkie napięcie na pojedynczej diodzie.

Za to moc odkładana na rezystorze R5 nie jest wielka. Ja tego układu nie stosowałem.

Zamiast tego chcę zaproponować inny układ na dwóch tranzystorach. Wyjaśnienia wymaga sposób działania układu. Rezystor R13 jest zwany "current sense resistor". Rezystor ten bada prąd płynący w układzie i w zależności od niego otwiera tranzystor Q7. Wiadomo, że, aby Q7 był zamknięty, napięcie na R13 musi być niższe od 0.6V. Jeśli to napięcie zacznie rosnąć, to Q7 otworzy się, obniżając napięcie na bazie tranzystora Q6. W ten sposób zachodzi stabilizacja prądu. Podając stan niski na wejście, zamykamy Q6 i prąd przestaje płynąć przez diodę. Policzenie prądu nie jest trudne. Możemy założyć spadek 0.7V na R13 i bazując na tym dobrać jego wartość tak, aby ten spadek występował przy interesującym nas prądzie. Oba tranzystory powinny być na jednym radiatorze, albo w jednej koszulce termokurczliwej. Dioda Zenera 5V działa zabezpieczająco na port mikroprocesora chroniąc go przed wystąpieniem napięcia przewyższającego 5V.

Na koniec chciałbym zapoponować jeszcze układ z separacją galwaniczną, jeśli obie części zasilamy z osobnych źródeł.

 

Transoptor (optocoupler) separuje obie sekcje. Otwierając się sprawia, że przez bazę Q4 płynie prąd. Q4 otwiera się, ale tylko na tyle, na ile pozwoli mu Q5. Analogicznie do poprzedniego schematu, jeśli napięcie na R10 przekroczy 0.7V, Q5 zacznie przewodzić i napięcie na bazie Q4 spadnie, ograniczając prąd. Obliczenia będą więc analogiczne do tych w punkcie poprzednim.

I za nami kolejna część... Niedługo więcej.

poniedziałek, 20 grudnia 2010, mathmed
Jeśli treść artykułu spodobała Ci się, polub oficjalną stronę mathmed na facebooku i bądź informowany o nowościach na stronie :
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...
Ponad 150 artykułów na blogu, wyszukaj :
Możesz też podzielić się ze znajomymi treścią artykułu klikając przycisk "lubię to" poniżej:

Polecane wpisy

TrackBack
TrackBack w tym blogu jest moderowany. TrackBack URL do wpisu:
Komentarze
Gość: Łukasz, *.uz.zgora.pl
2011/12/14 11:23:38
Na ostatnim rysunku, przedstawiającym źródło z separacją - powinny być osobne również masy, bo tylko wtedy separacja w ogóle istnieje i ma sens. Pozdrawiam :)
-
mathmed
2011/12/15 07:03:37
Jasne, dzięki, rzeczywiście ze wspólną masą to bez sensu, wymieniłem.
Jestem członkiem agregatora naukowego researchblogging.org