Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Mitronik
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterowanie 90 watową LED za pomocą PWM z arduino

MMK5 03 Kwi 2017 19:46 4182 15
  • #1 03 Kwi 2017 19:46
    MMK5
    Poziom 3  

    Cześć,

    Słowem wstępu chciałem powiedzieć, chodzę do pierwszej klasy technikum elektronicznego i od krótszego czasu uczę się programować słynne Arduino. Jestem jeszcze mocno początkujący, więc proszę wziąć to pod uwagę podczas analizowania mojego pomysłu i ewentualnej odpowiedzi, tak żebym był w stanie zrozumieć co i jak ;)

    Jestem fanatykiem estrady, wszelkiego rodzaju sprzętu audio i oświetlenia. Kilka dni temu postawiłem sobie za cel zrobienie ruchomej głowy - tak żeby poćwiczyć trochę podstawę elektroniki w praktyce, ale też żeby podnieść sobie ocenę z układów cyfrowych i pomiarów eie w szkole.
    Jeśli nie jesteście w temacie czym jest owa ruchoma głowa, to spieszę z wyjaśnieniem, że jest to reflektor, którego "podstawa" się obraca a 2 ramienia, które go trzymają pozwalają na ruch do góry i w dół. Całość razem pozwala na poruszanie się słupa światła w prawie wszystkich kierunkach. W programach telewizyjnych takich jak "Jaka to melodia" albo w kabaretach często można je spotkać postawione na podłodze w tle, albo na koncertach jako poruszające się właśnie słupy światła.

    Sterowana będzie ze sterownika fizycznego, który też będzie wykonany przeze mnie i również będzie zrobiony na podstawie arduino (sterowanie bęzie radiowe - do około 1 kilometra).

    Sam ruch "głowy" nie jest dla mnie problemem, tak samo przesyłanie danych. Największym problemem dla mnie jak na razie jest zaprojektowanie prostego układu, do 90 watowej LED RGB , który zmieniać będzie wartość napięcia w zależności od poziomu wypełnienia sygnału PWM.

    W internecie jakoś nie mogę nic ułatwiającego mi to znaleźć. Znalazłem tylko coś takiego:
    Sterowanie 90 watową LED za pomocą PWM z arduino
    Zastanawia mnie czy coś takiego będzie działało. Z mojego (początkującego) punktu widzenia to nie ma jak działać, ponieważ sygnał PWM to nic innego jak zmiany w obecności napięcia lub jego braku, czyli dioda by po prostu szybko migała. Tym bardziej, że nie wiem jak by się zachowywał sam tranzystor biorąc pod uwagę jego czas propagacji. Z pierwszych lekcji arduino nauczyłem się, że sterując pojedyńczą diodą trzeba wpiąć kondensator, który będzie to napięcie "uśredniał"

    Sam schemat tego widzę tak, że z arduino wychodzą 3 sygnały, które z osobna sterują każdym kolorem diody RGB (3*30W), następnie trafiają na bramki tranzystorów, które wysterowywują napięcie na emiterze.

    Numer aukcji na allegro z diodą, którą planuję wykorzystać (nie mogę wstawić linku): 6679861262

    Wiem, że są to bardzo podstawowe pytania ale:
    1. Przy jakiej wartości podanej na bramkę tranzystor w pełni wysteruje podane napięcie.
    2. Gdzie najlepiej wstawić bezpiecznik/i lub inne zabezpieczenia.

    Bardzo proszę o pomoc i najlepiej wytłumaczenie tego. Wiem, że są to podstawy, ale w szkole naprawdę ciężko zrozumieć coś wyłącznie z teorii.

    0 15
  • Mitronik
  • Pomocny post
    #2 03 Kwi 2017 20:12
    Ture11
    Poziom 34  

    Kolega robi jeden podstawowy błąd. Samo sterowanie PWM-em jest realizowalne i tak ono działa - szybkie impulsy prostokątne o zmiennym wypełnieniu dają zmianę mocy (a człowiek widzi miganie do bodajże tylko 24Hz, więc jak dasz PWM 1kHz - nie zauważysz migania ledów).

    Czego kolega nie bierze pod uwagę? Podana dioda wymaga zasilania stałym prądem, a nie napięciem. Potrzebujesz do niej zasilacz, który będzie miał za zadanie utrzymać stały prąd 1A na każdą barwę - a ty chcesz pomiędzy niego a LED'a wpiąć tranzystor z kluczowaniem PWM.

    Wyobraź sobie, że zasilacz stałoprądowy chce utrzymać za wszelką cenę 1A prądu na wyjściu, gdy dioda jest niepodłączona - nie może on tego zrobić, bo ma ograniczone napięcie maksymalne. Gdyby miał możliwość podania na wyjście 13.000V to wymusiłby łuk elektryczny tak wysokim napięciem tylko po to, by utrzymać na wyjściu prąd 1A - ale oczywiście tak nie jest. Prawdą będzie, że nieobciążony zasilacz prądowy da maksymalne swoje napięcie na wyjście. Teoretycznie, gdy podłączysz do niego diodę (np. tranzystorem), zasilacz powinien ograniczyć napięcie tak, by popłynął prąd 1 A. Tyle w teorii - a w praktyce, zasilacz ma swój czas reakcji i w ten sposób, od razu po podłączeniu nie będzie w stanie ograniczyć prądu do 1 A, redukując szybciutko napięcie - może się okazać, że dioda oberwie pełnym napięciem zasilacza, bo nagle podłączona do nieobciążonego zasilacza wymusi na nim momentalną redukcję napięcie - czego ten fizycznie nie jest w stanie zrobić. Nawet jeśli nie doprowadzisz do uszkodzenia diody, to pewnie zadasz zasilaczowi powody do konsternacji...

    0
  • Mitronik
  • #3 03 Kwi 2017 20:59
    MMK5
    Poziom 3  

    No tak, tego nie wiedziałem.

    A gdyby tranzystorami sterować drivery, które by zasilały LEDy?

    Dodano po 3 [minuty]:

    No ale wtedy nie mam jak zmieniać jasności :/

    1
  • Pomocny post
    #4 03 Kwi 2017 23:23
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    Ture11 napisał:
    człowiek widzi miganie do bodajże tylko 24Hz

    Większość ludzi widzi miganie do ~70Hz w obrazie statycznym i do 200..250Hz przy obrazie dynamicznym. Od dawna wiadomo, że minimalna częstotliwość odświeżania dla LEDów to 300Hz.
    @MMK5
    Tranzystory fajne, ale mocno przewymiarowane. Poza tym, plateau występuje powyżej 4V, więc wejście w stan nasycenia trochę trwa przy sterowaniu z pinu Arduino. Na pewno nie będą dobrze działały przy takich wartościach rezystorów. Pojemność bramki jest rzędu nF, co w połączeniu z rezystorami rzędu 100k, daje czas przełączania rzędu 0,1ms, a to jest ~10% okresu. Jeżeli chcesz sterować LEDy przez bezpośredni PWM, to użyj driverów, albo przynajmniej zmniejsz wartości rezystorów do 470R..330R, aby nie przekroczyć maksymalnego prądu wyjścia uC.
    Przy tej mocy, warto pomyśleć o konstrukcji drivera z prawdziwego zdarzenia. Ja to widzę w ten sposób, że masz zasilacz np. 12V/10A. Może być inny, ale nie więcej niż 20V. W ten sposób, nawet w przypadku uszkodzenia układu nigdy nie uszkodzisz LEDów. Masz 3 kanały, z których każdy składa się z dławika, klucza, rezystora szeregowego do pomiaru prądu i odbiornika w postaci LEDa. Konfiguracja boost, pozwala podnieść napięcie powyżej zasilania za cenę niewielkiego spadku sprawności. Klucz jest sterowany z komparatora, który z jednej strony ma sygnał (wygładzony) PWM, a z drugiej napięcie z rezystora pomiarowego. Jeżeli czas reakcji takiego układu będzie rzędu 10us..50us, to wszystko będzie pracować stabilnie i bezpiecznie. Dzięki dławikowi, energia będzie zmagazynowana w polu magnetycznym i zasilacz praktycznie nie będzie widział przebiegu PWM, przez co nie będzie tak bardzo obciążony jak w tej chwili. Nie będzie też miał "powodów do konsternacji". W takim układzie możesz bez problemu kontrolować jasność przez PWM, ponieważ bezwładność elementu optycznego będzie znacznie większa niż filtra PWM lub drivera.
    Pewnie znajdziesz jeszcze 50 innych, ale tak na szybko znalazłem http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps92561.pdf
    Link
    Sygnał PWM podłączasz przez RC to wejścia ADJ, pozostałe elementy zgodnie z notą i po sprawie. Przy cenie tego LEDa, takie zasilanie ma sens i jest względnie tanie.
    Zupełnie inną sprawą będzie zaprojektowanie płytki do tego projektu.

    0
  • Pomocny post
    #5 04 Kwi 2017 11:06
    oskar777

    Poziom 25  

    A nie lepiej dać źródło prądowe na kanał na LM317/LM350 zamiast kolegę wpędzać w budowanie przetwornic tak by go zniechęcić do końca.
    Sterowanie 90 watową LED za pomocą PWM z arduino

    0
  • #6 04 Kwi 2017 14:38
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie
  • Pomocny post
    #7 04 Kwi 2017 15:06
    Justyniunia
    Poziom 29  

    IRLZ44N od strony gleby, 100R na bramkę, przez 10k do masy i po sprawie. Jednak jak ktoś wcześniej słusznie zauważył, przy cenie tego LED'a warto by skonstruować drivery z prawdziwego zdarzenia.
    Mnie ciekawi bardziej jak Kolega rozwiąże optykę tak, aby uzyskać ładne mieszanie tych trzech barw podstawowych. Może jak nie w temacie, to chociaż na PW.

    0
  • Pomocny post
    #8 04 Kwi 2017 16:15
    Jawi_P
    Poziom 33  

    Jak się uczysz to zrób to najpierw na mniejszych diodach.
    Do każdego leda wtedy zastosujesz układ drivera PT4115 po 1,5pln za sztukę.
    http://www.micro-bridge.com/data/CRpowtech/PT4115E.pdf
    Sterować będziesz nim z Arduino na wejście DIM.
    Jak Ci wszystko programowo zadziała, to dołożysz inny driver jeśli będzie potrzebny i będziesz o wiele bogatszy w wiedzę.
    Wtedy się okaże, czy nie porzucisz tematu ze względu na "mechanikę i optykę".

    0
  • #9 04 Kwi 2017 20:01
    MMK5
    Poziom 3  

    Czekajcie czekajcie.
    Zrobię to na razie na jednej 3 watowej diodzie RGB. Jak będzie działało, to dopiero pomyślę nad mocniejszą diodą.

    Ale chyba nie do końca to łapie. Jak zasilam zwykłe ledy, które pokazywane są w każdych "początkujących" poradnikach, to je zasilam podpinając je po prostu pod 3 volty, albo pod większe napięcie ale przez rezystor. W takim razie jeśli w specyfikacji diody, którą wam pokazałem były wypisane napięcia zasilania poszczególnych kolorów, to nie mogę po prostu sterować napięciem podawanym na te diody z maksymalną granicą podaną w specyfikacji a zaraz za diodą wstawić bezpiecznik 1 amper?
    Sterowanie 90 watową LED za pomocą PWM z arduino

    0
  • Pomocny post
    #10 05 Kwi 2017 21:42
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Kolego MMK5 bezpieczniki są zbędne, w zamian daj rezystory np. 0,47Ω i zasil diody z 3,3V jeśli będą pojedyńcze. Natomiast tranzystory muszą być logic level np. IRLU024NPBF aby z arduino je prawidłowo wysterować. Zwykłe mosfety przy 5V nie otwierają się jeszcze dobrze i znacznie ograniczają prąd. Na bramki daj rezystory 220-470Ω i sprawdź działanie PWM.

    0
  • Pomocny post
    #12 10 Kwi 2017 21:07
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Kolego fasej nie wiem o co chodzi ale logic level mosfet sterowany z ATMegi 5V PWMem ok 2kHz-500Hz spokojnie da radę bez driverów. Osobiście sterowałem tak 500W halogen i z ledami nie będzie problemów. Oczywiście mozna zastosować dedykowany driver ale to w "wyższych wersjach". Na początek wystarczy PWM z niezbyt pięknymi zboczami.

    0
  • #13 17 Kwi 2017 22:19
    MMK5
    Poziom 3  

    Przemyślenie tego trochę mi zajęło.
    Doszedłem do wniosku, że na razie odpuszczę sobie sterowaniem diodami mocy (chyba dobrze je nazwałem - jeśli nie to proszę o poprawę), chociaż wpadłem na pomysł jak to wykonać "po swojemu". Dla chętnych moich wypocin opiszę to w skrócie: Arduino by dawało sygnał PWM, który sterowałby kupionym w internecie driverem.

    Sterowanie tą diodą miało umożliwić mi zbudowanie ruchomej głowy, ale gdy zacząłem w między czasie robić projekt reszty elektroniki, mechaniki i optyki, zdałem sobie sprawę z tego, że sobie z tym po prostu nie poradzę. Zanim doszedłbym do finalnego efektu, przeszedłbym przez zbyt dużą ilość prób i błędów, które mogłyby mocno przekroczyć mój budżet. Do tego bym nie dał rady skalibrować tego tak, żeby wiązka światła przechodziła kolejno przez filtry, różne przesłony itp.

    Na chwilę obecną będę zamawiał części i wykonam 2 reflektory ze zwykłych pojedyńczych LEDów, które będą mogły się obracać w jednej płaszczyźne o kąt 180 stopni. Coś takiego jak LED bar'y (dla tych, którzy więdzą. Całość sterowana będzie 4 kanałami DMX, z których 3 będą odpowiadały za jasność R, G, B, a 4 za obrót.
    Zastanawiam się tylko czy wykorzystać do tego zwykłe diody czy RGB. Zależy mi na jasności. Ma to jakieś znaczenie?

    Na razie zostawiam temat. Może dojdę tutaj do kolejnych ciekawych wniosków ;)

    0
  • Pomocny post
    #14 18 Kwi 2017 12:44
    Justyniunia
    Poziom 29  

    Może na początek zbuduj małą głowę typu WASH na kilku(nastu) LED RGB 3x1W, albo 3x3W z kolimatorami "plaster miodu".
    Eleganckie mieszanie kolorów masz z marszu załatwione, odpada problem dobrania drivera (ciężko dla tej Twojej LED znaleźć coś sensownego), o optyce mieszającej kolory (której chyba nawet chińczyk jeszcze nie wymyślił, a podobno wymyślił już wszystko) już nie wspomnę, teraz rzuć to na GOBO i to tak, żeby w każdym miejscu było elegancko doświetlone... Optyka przynajmniej 3-soczewkowa dla uzyskania ładnych kolorów, a gdzie jeszcze gobosy?

    Sterowanie 90 watową LED za pomocą PWM z arduino

    Bo gdyby te diody były takie jak 2, a nie jak 1, to problem byłby poniekąd załatwiony.
    Halo Chińczycy, czy Chińczycy mnie słyszą?

    0
  • #15 18 Kwi 2017 18:02
    oskar777

    Poziom 25  

    Słyszą, tylko jak byś niby chciał/a to zrobić, rzędy diod z danego koloru są łączone drucikiem w szeregu, ciężko taką sieczkę z drugiego obrazka wykonać, może dojść jeszcze nie równomierność świecenia jak masz odcinki drutu różnej odległości. Jedyna opcja jaką widzę co by można pewnie było wykonać to rzędy kolorów na zmianę to by trochę rozwiązało problem jeżeli jeden kolor ma więcej niż jeden rząd.

    0
  • #16 18 Kwi 2017 21:24
    Justyniunia
    Poziom 29  

    Pewnie masz rację i nie jeden producent już nad tym myślał i jeśli dało by się to wykonać, to już ktoś by to zrobił.
    Pozostaje poczekać i mieć nadzieję, że komuś się to uda ;)
    A tak poza tematem, czy ktoś jeszcze buduje w domu jakieś światełka?

    0