Dimmer Led che Permette di Variare Separatamente la Luminosità di Due Gruppi di Led, Alimentato con un Trasformatore e uno Stabilizzatore Lineare…
INTRO
Iniziamo a spiegare come si regola la luminosità dei LED tramite il metodo PWM, questa sigla significa Pulse Wide Modulation, ovvero modulazione di larghezza dell’impulso, in pratica consiste nel variale il duty cicle di una forma d’onda quadra. Quindi si andrà a modificare il tempo in cui l’onda è ha livello alto rispetto al tempo in cui l’onda è a livello basso. Ad esempio un duty cicle del 50% significa che nell’onda quadra il tempo a stato alto è uguale al tempo di stato basso, mentre un duty cicle del 25% significa che il tempo di stato alto è il 25% di tutto il periodo, quindi il tempo di stato basso in un periodo è il 75%.
Una tensione modulata in PWM non è sempre continua, quando il segnale pwm è allo stato basso è come se la tensione fosse spenta, quindi la tensione così modulata ha un valore efficace proporzionale al tempo di stato alto.
Quindi variando in un periodo il tempo in cui la tensione è accesa o spenta si può variare la tensione di uscita, ottenendo valori che variano al variare del duty cicle del segnale di controllo. Ad esempio un segnale con duty cicle del 75% avrà una tensione più alta rispetto ad un segnale con duty cicle del 50%.
Come potete vedere nella figura abbiamo 2 segnali PWM, quello di sopra ha un duty cicle maggiore di quello di sotto quindi con il segnale in rosso avremo una tensione più alta rispetto a quella modulata dal segnale in verde.
La relazione tra tensione efficace e il duty cicle è circa la percentuale del duty cicle della tensione di ingresso, quindi con un duty cicle del 50% e una tensione continua di ingresso di 12 volt otterremo una tensione efficace modulata di 6 volt [ (12*50)/100 = 6 ].
DESCRIZIONE SCHEMA STABILIZZATORE DI TENSIONE
Il primo stadio del nostro schema consiste in un alimentatore stabilizzato a 8Volt di uscita.
La tensione alternata proveniente dal trasformatore arriva al ponte di diodi D2 che la raddrizza, il condensatore C2 la filtra per renderla quasi continua. Ai capi del condensatore avremo una tensione di 19Volt visto che il trasformatore eroga 15Volt [ (Vtrasformatore – 1,4)*1,41], questa è la formula per conoscere la tensione continua ai capi di un condensatore di filtro dopo aver applicato un raddrizzatore. La resistenza R1, il diodo Zenner D1, il diodo D3 e la capacità C1 servono a creare una tensione stabile e continua di 8.1 volt sulla base dei 2 transistor di potenza. Tra i capi del diodo D1 si instaura una tensione di 7.5V, mentre ai capi del diodo D3 0,7V quindi in totale avremo una tensione di 8.1Volt. Questa tensione polarizza la base dei 2 transistor TR1 e TR2 facendo in modo che tra l’emettitore dei transistor e la massa sia presente una tensione di 8 Volt circa continui e stabilizzati, in fine il condensatore C3 serve da ulteriore filtro , ottenendo così in uscita una tensione costante di 8 Volt.
I 2 transistor di potenza TR1 e TR2 hanno necessità di una aletta di raffreddamento, mentre le 2 resistenze di protezione R2 e R3 sono resistenze da 2Watt, R1 invece da 1/2 watt.
Per variare la tensione del circuito stabilizzatore basta sostituire la resistenza R e il diodo Zenner , per la resistenza il calcolo è il seguente , mentre per lo diodo Zenner basta sostituirlo con uno che mantiene la tensione ai capi uguale a quella che desiderate in uscita dallo stabilizzatore.
Ad esempio se volete una tensione di 12 volt in uscita basta sostituire R con una da 280ohm [ (Vcf-VZenner)/(0.025) ] e un diodo Zenner con tensione nominale di 12 volt. In questa ultima formula Vcf è la tensione ai capi del condensatore di filtro C2, nel nostro caso 19Volt.
SCHEMA CONTROLLER PWM
Spieghiamo ora il secondo stadio , il controller PWM e lo stadio di potenza;
Per generare il segnale di controllo ad onda quadra sfrttiamo l’integrato HEF 40106, contiene 4 porte not triggherate e presenta il vantaggio di avere una tensione di alimentazione massima di 15Volt. La porta 1A interna all’integrato viene fatta oscillare dalla rete formata da C1, R2, R1 e i diodi. La resistenza R2 serve come resistenza di retroazione, fornisce la tensione di carica e scarica di C1, la velocità di carica e scarica di C1 determina la frequenza del segnale, quindi il valore di C1 e di R2 determinano la frequenza. I diodi e la resistenza R1 servono a variare il duty cicle, variando R1 non si modifica la frequenza. Quando sull’uscita della porta NOT c’è un segnale alto conduce il ramo dove è presente D2, quindi la carica dipende dalla percentuale della resistenza variabile, se è bassa la carica avviene velocemente, quindi il segnale avrà un tempo alto molto piccolo. Se l’uscita è bassa la scarica dipende dal ramo dove c’è D1, quindi il tempo del segnale basso dipende dalla resistenza tra l’anodo di D1 e la resistenza R2. La seconda porta NOT serve solo per non sovraccaricare l’uscita la prima porta, già caricata dalla resistenza di retroazione.
Questo segnale PWM non ha abbastanza potenza per pilotare molti led o un faretto led, quindi questo segnale serve solo a pilotare lo stadio di potenza. Lo stadio di potenza è formato dal MOS MS1 che si comporta come un interruttore controllato dal segnale presente sul gate, quindi accende e spegne molto velocemente i led in base al segnale PWM proveniente dalla porta not.
L’induttore e il Condensatore L1 e C3 servono solo da filtro per cercare di rendere continua ma attenuata la tensione iniziale e per filtrare componenti ad alta frequenza che non portano nessuna potenza ai LED.
I MOSFET essendo di tipo N non si comportano in modo ideale da interruttori, ma presentano sul contatto di SOURCE una tensione data da VCC-Vtn dove Vtn è la tensione di soglia del MOSFET. MS1 ed MS2 hanno bisogno di una aletta di raffreddamente e sono in grado di erogare una tensione di 2 amperre senza grosse perdite di calore.
Lo stadio descritto sopra è uguale a quello di sotto nello schema , consiglio di mettere 2 resistenze variabili separate invece di una unica contenete 2 resistenze, questo perchè così facendo si possono creare effetti o ambienti a differente luminosità.
Nello schema si sono utilizzati dei led con una resistenza in serie già montata, in caso non disponete di questi led potete inserirne 2 in serie invece di uno solo con la resistenza , oppure aumentando la tensione del circuito stabilizzatore potete inserirne molti più in serie. Ad esempio con una tensione di 13-14 volt in uscita dal circuito stabilizzatore potete inserire 4 led in serie.
