Vlastnosti výkonových LED, používaných v modeloch lietadiel
Na uľahčenie identifikácie polohy modelu neboli príliš vhodné, pretože boli „slabé“. Ich svietivosť bola nízka.
Potom sme začali používať modernejšiu telemetriu a LEDky na modeloch upadli do zabudnutia.
Avšak s pribúdajúcimi rokmi a slabnúcim zrakom sa LEDky, tentokrát omnoho výkonnejšie, opäť objavujú na našich modeloch.
autor: Janko O.
LED diódy sme používali už v začiatkoch našej druhej vlny modelárstva, čoby optickú telemetriu. Počtom bliknutí signalizovali stav pohonnej batérie v modeli.
Hneď v úvode upresníme, že pod pojmom výkonové, rozumieme LEDky s výkonom 1W, ale radšej 3W či 10W.
LEDky s nižším výkonom (vlastne príkonom) sú na modeli, ako hovorieval môj obľúbený profesor elektroniky na priemyslovke, súce skôr ako efekt pre ženy 
.
Vynárajú sa tu však otázky:
- Aký je rozdiel medzi „obyčajnými“ a výkonovými LEDkami?
- Je rozdiel len v napájacom prúde, alebo aj v napätí?
- Aká je ich Volt-Ampérová charakteristika?
- Akým prúdom ich napájať?
- Je rozdiel medzi diódami rôznych farieb?
- Treba ich chladiť?
- Je „sila“ ich svetla lineárne úmerná dodávanému prúdu alebo výkonu?
- Ako ich (aj niekoľko) zapojiť tak, aby svietili (blikali) vždy maximálnym výkonom, bez ohľadu na to, či je je napájacia batéria plne nabitá, alebo už takmer vybitá.
Keďže sme odpovede na tieto otázky v modelárskej literatúre a ani na modelárskych fórach nenašli, pokúsime sa túto dieru vyplniť.
Pri našom experimentovaní so „svetielkami“ na modeloch sme si pre vlastnú potrebu už dávnejšie kadečo pomerali a niektoré zapojenia aj prakticky odskúšali. V uplynulých dňoch sme „pre istotu“ pomerali Volt-Ampérové charakteristiky výkonových LED diód rôznych farieb a tiež závislosť ich svietivosti na napájacom prúde.
Povedzme rovno, že elektrické charakteristiky výkonových LED diód sa od tých „obyčajných“ dosť líšia. Zatiaľčo „obyčajné“ (nízkopríkonové) LED diódy sa uspokoja s napätím aj od asi 1,5 Voltu (červené LED) a prúdom napr. 20 mA, tak 3W výkonové LEDky chcú napätie dva až trikrát vyššie a prúd až päťdesiatnásobne vyšší. 10W výkonové LEDky dokonca vyžadujú napätie blížiace sa ku 12V a 100W LEDky potrebujú napätie okolo 36V a prúd skoro 3A.
Ale poďme konkrétne.
Nasledujúca tabuľka zobrazuje parametre niekoľkých (čo sa týka farby) 3W LED diód a 10W bielej LED diódy:
V grafickom zobrazení:
V-A charakteristika 3W červenej výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu červenej 3W LED je asi: 1,1 A.
V-A charakteristika 3W zelenej výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu zelenej 3W LED je asi: 0,8 A.
V-A charakteristika 3W modrej výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu modrej 3W LED je asi: 0,75 A.
V-A charakteristika 3W bielej výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu bielej 3W LED je asi: 0,81 A.
V-A charakteristika 3W (nie príliš dobrej) žltej č. 1 výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu tejto žltej 3W LED je asi: 1,07 A.
V-A charakteristika 3W žltej (oveľa lepšej) č. 2 výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu tejto žltej 3W LED je asi: 0,76 A.
V-A charakteristika 10W bielej výkonovej LED:
Prúd potrebný pre dosiahnutie deklarovaného príkonu bielej 10W LED je asi: 0,9 A.
Čo sa týka chladenia, treba zdôrazniť, že na rozdiel od „obyčajných“ (nízkopríkonových) LEDiek je nutné výkonové LED diódy chladiť. Ich zadná strana je na to už prispôsobená:
a niektoré sa dodávajú už aj s chladičom, ktorý však nie je dostatočne dimenzovaný na tepelný výkon 3W (možno tak 1W):
10W LED, podobne ako výkonové tranzistory, majú púzdro uspôsobené na uchytenie ku (rozmernejšiemu) chladiču:
Na tomto obrázku krásne vidno, že čip 10W výkonovej LEDky sa vlastne skladá z deviatich čipov asi 1,1W LEDiek, zapojených vždy 3 do série a tieto tri trojičky sú zapojené paralelne.
Veľkosť chladiča je okrem iného závislá aj od toho, či daná LED dióda svieti trvale alebo vydáva len svetelné záblesky. My 3W výkonové LEDky používame v impulznom režime, ako zábleskové, keď 30 milisekúnd svietia plným výkonom a potom sa 970 milisekúnd chladia. V takom prípade, vzhľadom na tepelnú zotrvačnosť, nie je nutné takéto diódy chladiť. My ich cez to všetko umiestňujeme aspoň na neveľký prúžok (30 x 8 mm) pocínovaného plechu.
Ďalej sme zisťovali závislosť svietivosti výkonových LED diód od napájacieho prúdu. To, čo sme namerali je sústredené v nasledujúcej tabuľke:
Ale tú správnu predstavu nám dá až grafické znázornenie:
Ako vidno, biele, modré a ešte aj zelené výkonové LED diódy majú túto závislosť pomerne lineárnu. Avšak červená je na tom horšie a žltá najhoršie (treba však podotknúť, že to je tá „horšia“ žltá).
My na našich modeloch používame nie jednu, ale viac (väčšinou 4 a viac (naše konvertoplány, vrátane pomerne malého TransTola, sú osadené 10-timi 3W LEDkami)) výkonových LED diód. Snažíme sa ich v impulze svetla (záblesku) vybudiť na maximálny výkon, aby bol model čo najlepšie viditeľný (a to aj za slnečného dňa).
Ako to však urobiť, aby sa LEDky pri plne nabitej batérii nezničili vplyvom preťaženia a aby rovnako jasne (na plný výkon) svietili aj vtedy, keď už je batéria takmer vybitá a jej napätie je o dosť nižšie (z dôvodu počtu blikajúcich LEDiek neodporúčame napájať ich z palubného napätia +5V, teda z BECu, spoločne s prijímačom a servami).
Jedným z možných a osvedčených riešení je nasledujúce zapojenie:
Prúd diódami (napr. 1A) sa nastaví Trimrom najlepšie pomocou osciloskopu tak, aby na odpore R1 vzniklo v impulze zodpovedajúce napätie (v tomto prípade1 Volt).
Zdrojom impulzov (+5V trvá 30ms a 970 ms trvá pauza - 0V) je v našich modeloch PIC mikrokontrolér PC telemetrie (ale je možné použiť aj impulzy z výstupu mikrokontroléra Atmel, použitého v blikačoch spomenutých v závere článku). Tieto impulzy sú vedené do odporového trimra a z jeho bežca na bázu Darlingtonovho tranzistora (v našom prípade lacný TIP122). V jeho emitore je rezistor R1 o malej hodnote (napr. 1 Ohm).
Toto zapojenie funguje ako stabilizátor prúdu, ktorého veľkosť je nastaviteľná odporovým Trimrom. Takže výkonovými LED diódami v kolektore tečie v impulzoch stále rovnaký prúd, bez ohľadu na to, či pohonná (v tomto prípade 3-článková LiPol) batéria, z ktorej sú LEDky napájané, je plne nabitá a bez záťaže (napätie až 12,6V), alebo takmer vybitá pod záťažou (napätie 9V).
Počet diód zapojených v kolektore môže byť aj nižší (napr. 1), ale aj vyšší, maximálne však o jednu nižší, ako je počet článkov LiPol batérie (v modeli P66 Partenavia Oscar, napájanom 6-článkom LiPol ich je 5). Tranzistor ani nie je nutné upevňovať na chladič (veď aj on sa 30 milisekúnd hreje a 970 milisekúnd chladí).
Toto zapojenie má nevýhodu v tom, že ak sú v sérii zapojené diódy s rozdielnymi V-A charakteristikami (napr. červená a modrá), tak buď jedna je preťažená, alebo druhá nesvieti maximálnym svitom.
Vtedy je možné použiť nasledujúce zapojenie:
Hodnota odporu R1 je vypočítaná pre červenú 3W LEDku, hodnota odporu R2 pre modrú 3W LEDku.
Tu je použitý relatívne lacný výkonový MOSFET tranzistor IRLZ24NPBF z ponuky SOS. Na rozdiel od iných MOSFETov je výnimočný tým, že k jeho úplnému otvoreniu (zopnutiu) dôjde pri nižšom napätí ako je +5V z PIC mikrokontroléra, ktorý dodáva Impulzy.
Prúd jednotlivými výkonovými LEDkami s rozdielnymi V-A charakteristikami je určený hodnotou príslušného sériového odporu (R1, R2 … Rn), ktorý môže byť aj miniatúrny, pretože sa z už známych dôvodov vlastne ani "neohreje". Jeho hodnota je taká, aby na ňom vznikol taký úbytok napätia, ktorý je rozdielom napájacieho napätia obvodu (UBECu, v tomto prípade 5V) a napätia na LEDke pri plnom výkone. Prúd LEDkou síce nie je stabilizovaný, ale zato je stabilizované napätie celého obvodu (+5V), ktoré dodáva (nejaký lacný) UBEC z HobbyKingu.
Počet takto (paralelne) zapojených kombinácií LEDka/odpor je daný prúdovou zaťažiteľnosťou UBECu. V prípade, že na výstup UBECu zapojíme vysokokapacitný elektrolytický kondenzátor, môže byť UBEC „slabší“, alebo počet LEDiek vyšší.
Neskôr sme naše osvetlenie konštrukčne značne zjednodušili, avšak funkčne zdokonalili: začali sme používať dvoj-blik a pri podvečernom lietaní sa veľmi osvedčilo tzv. "podsvietenie". Aby si takéto osvetlenie mohli urobiť aj ostatní modelári, pripravili sme akúsi "kuchárku" v podobe troch samostatných, ale navzájom súvisiacich článkov:
- („Cevaro“) Pozičné osvetlenie modelu: podrobne, aj s návodom
- Pozičné osvetlenie modelu: podrobne, aj s návodom – 2. časť
- („Cevaro“) Pozičné osvetlenie modelu: iný spôsob zapínania
Súvisiace články:
Blikač na lietadlo s viacerými výkonovými LED
Blikač na lietadlo s výkonovými LED
<Staršie | tento článok | Novšie>
Napísané: 4. 7. 2021, 08:09 | Prečítané: 12381x | Kategórie: Elektronika | Napísal: admin |
Komentáre: 1
Pridaj komentár
- Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
- HTML znaky budú prevedené na entity.
- Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
- Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)