Pierwszy projekt podświetlarki LED i kilka praktycznych pytań.

[Opinel]

Cześć,

W zasadzie nie wiem czy napisać tutaj w zupełnie zielonych, czy w sprawdzaniu schematów, ale z racji, że to mój pierwszy projekt wykraczający poza zadania z podstawowego kursu elektroniki który chciałbym okraszyć sporą dawką pytań umieszczam go w tym miejscu. Jeżeli ktoś uważa że jest w złym to prośba o informację – usunę i utworzę w prawidłowym.

_Schemat:

 

Tak więc mam plan zasilenia kilku diod dużej mocy (350mA) połączonych szeregowo i równolegle, tak aby móc wyłączać i przełączać poszczególne segmenty oraz sterować ich jasnością poprzez potencjometry.

_{Przykład planowanej LED:}

 

 

Zakładając, że przy zasilaniu 12V na potencjometrach wpiętych bezpośrednio przed diodami może odkładać się duża moc, a te znoszące większą ilość watów są sporo droższe, postanowiłem użyć tranzystorów bipolarnych npn (_hFE=100-250) i sterować prądem bazy. Aby zmniejszyć odrobinę zakres potencjometru, zdecydowałem się użyć stabilizatora napięcia 5V, którym po zastosowaniu oporników będzie zasilana baza (zakres 7mA-0.9mA).

I tu pojawiają się pytania:

1. Czy moje rozumowanie jest sensowne i zastosowanie tutaj stabilizatora jest poprawne? Ponadto tym samym stabilizatorem chcę zasilać dwa wentylatory – oba pobierają około 140mA.
2. Jak to jest z tymi zasilaczami? Z tego co widzę są w sprzedaży specjalne do LEDów, ale czy taki jak w tym linku nie wystarczy?
3. Jak właściwie przymocować podstawkę LED do radiatora? Można to zrobić na cynę czy dla lepszego transportu ciepła użyć jakieś pasty?
4. Czy znacie dystrybutorów LEDów które byłyby podobnej mocy i montażu jak ta na screenie, a jednocześnie miały bardzo wąski zakres widma i dostępną pełna specyfikacje z wykresem długości fali oraz zachowaniem (czyt: spadek napięcia względem podanego natężenia)? Mi udało się znaleźć tylko dla wybranych kolorów (np. brak 420-430nm) albo dla SMD których dokumentacja montażu mnie przerasta.

 

Dzięki.

 

 

Edytowano Grudzień 13, 2020 przez Opinel

[marek1707]

To może tak: zanim zaczniemy dyskutować o schemacie, prądach, mocach i samym układzie, napisz więcej czego od tego urządzenia wymagasz. Bo mam wrażenie, że zakładasz po cichu pewne rzeczy (albo o nich nie wiesz - na jedno wychodzi), które w praktyce wyglądają inaczej.

• Przede wszystkim czy światło generowane przez to cudo ma być ciągłe? Z jakiegoś powodu używasz potencjometrów i tranzystorów do analogowej regulacji prądu LEDów a nie modulacji PWM. Dla oka to wszystko jedno, ale już w jakichś eksperymentach fizycznych może to mieć znaczenie. Stosując modulację dwustanową odpadną Ci wszystkie problemy jakie tu wygenerowałeś z ciepłem, radiatorami itp.
• Czy strumień światła wychodzący z urządzenia ma być stabilny w czasie? To znaczy, czy jeśli ustawisz sobie ileś, to czy za 5 minut ma być tyle samo a jeśli tak, to jak dokładnie? Bo ten układ tego nie zapewnia. W żaden spsób nie masz sprzężenia zwrotnego od śwaitła a ni nawet od prądu. bazujesz tylko na ch-ce wyjściowej tranzystora i na stałości wielu parametrów tranzystora np. z temperaturą, co nie jest prawdą.
• Jakie diody (niekoniecznie typy, ale chociaż kolory) będa w poszczególnych gałęziach?

A gdybyś napisał w kilku zdnaiach do czego to w ogóle ma być, to na wiele z tych pytań (i na kilka jeszcze nie zadanych) każdy by sobie sam odpowiedział. Żeby dobrze i optymalnie zaprojektować urzadzenie pod konkretną aplikację, nie wystaczy przykładowy schemat wymyślony przez amatora w pierwszym podejściu. Szczerze mówiąc, nawet z czystego prawdopodobieństwa wychodzi, że prawie na pewno nie może on być tym najlepszym. Mogłeś zrobić coś strasznie głupiego, przeoczyć coś co położy sens takiej a nie innej realizacji albo zwyczajnie o czymś zapomnieć. Doceniam Twój wysiłek w narysowanie tego powyżej, ale mimo wszystko czekamy na szerszy opis zastosowania i wymagań. A schematem na razie się nie przyjmuj. 

Jeśli chcodzi o zasilacze, to pewnie już wiesz, że diody są sterowane prądami a nie napięciami. Zasilacz "napięciowy" (taki jak pokazałeś) nie jest więc dedykowany do LEDów, ale rzecz jasna może być użyty w układzie, gdzie ktoś wie co robi i prąd reguluje w jakiś inny sposób. Zasilacze "prądowe" są projektowane specjalnie do zasilania łańcuchów diod świecących (nie mylić z taśmami 5 czy 12V) i wtedy nie potrzeba już niczego dodatkowo: ani tranzystrów, ani stabilizatorów ani nawet oporników.

Wszystkie diody LED produkowane w warunkach innych niż garaż w Chinach mają swoje karty katalogowe a dominująca długośc fali, wykres widmowy, ch-ka kierunkowa i parametry elektryczne to podstawowe dane. Nie bardzo rozumiem na co narzakasz. Znajdź dobry sklep, gdzie każdy LED ma swój dokument i tyle. Tu masz ponad 100 takich LEDów:

https://www.tme.eu/pl/katalog/diody-led-mocy-kolorowe-emiter_113369/

EDIT: A ten Twój upiorny fiolecik 420-430nm może być trudny do zdobycia, bo to ani zakres typowych diod UV ani żaden sensowny kolorek z widzialnych. Tu mam taką jedną, może się nada:

https://www.tme.eu/Document/275f3a61efc983df56a77abfa5dd0214/PK2N-3LLE-L.pdf

Edytowano Grudzień 13, 2020 przez marek1707

[Opinel]

Dzięki za tę odpowiedź.

 

Tak więc po kolei:

Do czego służy urządzenie

Projekt zakłada utworzenie podświetlarki (LED + komora dyfuzyjna z ekranem z plexi) dającej rozproszone światło dzięki której będzie możliwe digitalizowanie błon światłoczułych za pomocą aparatu cyfrowego.

Dodatkowo nie wiedząc jaka temperatura może się wytworzyć w takim małym zamkniętym pudełku, chciałem umieścić dwa wentylatory umożliwiające kontrolowany przepływ powietrza.

 

Co musi być w tym projekcie spełnione

Ważne, aby błona była by w ramach potrzeby naświetlana 3-krotnie po 1 zdjęcie na każdy kolor lub 1-krotnie używając wszystkich na raz.

Źródła światła są podzielone na 3 segmenty,  z których każdy z nich może być uruchamiany niezależnie od siebie. Mamy czerwony (szczyt fali około 660nm), zielony (około 530nm) oraz dwie wersje niebieskiego (około 420 oraz 460nm) – te ostatnie są przełączane między sobą w zależności od zapotrzebowania – stąd przełącznik bistabilny.

Co ważne, widmo poszczególnych kolorów powinno być jak najwęższe oraz nie nachodzić na siebie. Konieczne jest, aby żadne ze świateł nie nachodziło na 600nm.

Każdy z 3 segmentów powinien mieć regulacje jasności, tak by przykładowo aparat przy stałych ustawieniach ekspozycji, robiąc trzy naświetlenia (po 1 na każdy kolor) naświetlał niebieski na 100%, zielony na 50% i czerwony na 25%.  Sama wartość nie musi być czytelna z poziomu położenia potencjometru. Może być dokonywana metodą prób i błędów. Ważne tylko, aby parametry były zachowywane w czasie.

 

 

I odpowiadając na pytania:

 

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

Przede wszystkim czy światło generowane przez to cudo ma być ciągłe? Z jakiegoś powodu używasz potencjometrów i tranzystorów do analogowej regulacji prądu LEDów a nie modulacji PWM. Dla oka to wszystko jedno, ale już w jakichś eksperymentach fizycznych może to mieć znaczenie. Stosując modulację dwustanową odpadną Ci wszystkie problemy jakie tu wygenerowałeś z ciepłem, radiatorami itp.

Prawdę mówiąc dlatego, że nie doszedłem jeszcze do PWMów 🙂 Ale domyślam się że ciągłe - chciałbym uniknąć efektu migotania przy ogniskowaniu.

 

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

Czy strumień światła wychodzący z urządzenia ma być stabilny w czasie? To znaczy, czy jeśli ustawisz sobie ileś, to czy za 5 minut ma być tyle samo a jeśli tak, to jak dokładnie? Bo ten układ tego nie zapewnia. W żaden spsób nie masz sprzężenia zwrotnego od śwaitła a ni nawet od prądu. bazujesz tylko na ch-ce wyjściowej tranzystora i na stałości wielu parametrów tranzystora np. z temperaturą, co nie jest prawdą.

Najlepiej jakby był stabilny. A jak bardzo? Głupio przyznać ale sam jeszcze dokładnie nie wiem.

Obliczyłem sobie, że potencjometr P przy ustawieniu zerowym i rezystorze 680o da mi przy najmniejszym możliwym współczynniku Beta(100) napięcie bazy ok 7mA i stan saturacji na tranzystorze pozwalając świecić się diodzie na najjaśniejszym możliwym poziomie ograniczonym przez rezystory znajdujące przy samych LEDach. Z drugiej strony, zakręcając potencjometr i osiągając łącznie 5680o, napięcie bazy będzie wynosiło ok 0.9mA co przy największym możliwym współczynniku Beta(250) da mi maksymalnie trochę ponad 200mA na dwie diody.

Chciałem w ten sposób uzyskać maksymalny zakres 350-100mA na każdej z diod. Nie przewidziałem jednak, że może się to zmieniać wraz z temperaturą.

 

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

Jakie diody (niekoniecznie typy, ale chociaż kolory) będa w poszczególnych gałęziach?

Niebieskie ~ 420 lub ~430nm oraz ~ 460nm

Zielona ~530nm

Czerwona ~660nm

Jeden kolor typ na każdą gałąź. Szerzej opisałem to we wcześniejszej części tej wiadomości.

 

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

Zasilacz "napięciowy" (taki jak pokazałeś) nie jest więc dedykowany do LEDów, ale rzecz jasna może być użyty w układzie, gdzie ktoś wie co robi i prąd reguluje w jakiś inny sposób.

Zatem to chyba mam już ogarnięte. Każdy segment diod jest ograniczany poprzez rezystory które obliczyłem na podstawie prawa ohma.

 

1 godzinę temu, marek1707 napisał:

Wszystkie diody LED produkowane w warunkach innych niż garaż w Chinach mają swoje karty katalogowe a dominująca długośc fali, wykres widmowy, ch-ka kierunkowa i parametry elektryczne to podstawowe dane. Nie bardzo rozumiem na co narzakasz. Znajdź dobry sklep, gdzie każdy LED ma swój dokument i tyle. Tu masz ponad 100 takich LEDów:

Wszystkie tam są za wyjątkiem tych 420-430nm, gdzie mam te maleńkie SMD, które nie mam pojęcia jak zamontować, dlatego ich unikam.

Przykład: https://www.tme.eu/pl/details/pk2n-3lle-l/diody-led-uv/prolight-opto/

EDIT: widzę, że tę samą znaleźliśmy 🙂

Ewentualnie coś takiego: https://allegro.pl/oferta/dioda-led-uv-3w-700ma-424nm-45mil-epileds-aktynika-7805773155

 

 

Edytowano Grudzień 13, 2020 przez Opinel