In questo tutorial imparerai come controllare LED ad alta potenza con il driver LD24AJTA e Arduino. I LED standard sono solitamente usati come luci di indicazione e possono essere pilotati direttamente da un pin GPIO di Arduino. Tuttavia, per controllare LED super luminosi, come i LED Cree, è necessario un po’ più di lavoro.
In questo progetto useremo una scheda driver LED LD24AJTA per controllare LED ad alta potenza e super luminosi con Arduino. Nota che abbiamo anche un tutorial per il driver molto simile LD24AJTA_MINI: Dim High-Power LED with Arduino and LD24AJTA_MINI.
Iniziamo!
Componenti necessari
Di seguito la lista dei componenti necessari. Ho usato un Arduino Uno per questo progetto, ma qualsiasi altra scheda Arduino, o scheda ESP8266/ESP32 funzionerà altrettanto bene. Il link fornito per il LED di potenza è per un LED bianco, ma puoi trovare LED di tutti i colori e anche con diverse temperature di colore (es. bianco caldo vs bianco freddo).
Driver LED LD24AJTA
LED ad alta potenza (bianco)
Arduino Uno
Set di fili Dupont
Breadboard
Cavo USB per Arduino UNO
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LED standard vs LED di potenza
In questa sezione esaminiamo i LED di potenza, come si confrontano con i LED standard e cosa serve per pilotarli.
LED standard
Probabilmente conosci i piccoli LED standard da 5mm o 3mm LEDs comunemente usati come luci di indicazione o nei giocattoli. L’immagine sotto mostra un tipico LED standard bianco da 5mm.
Questi LED consumano pochissima energia, circa 20mA a 3V. Possono essere controllati direttamente da un pin GPIO di Arduino, il che è comodo. Tuttavia, non sono molto luminosi; arrivano a circa 1 Lumen, sufficiente per una luce notturna ma poco di più. Vedi il nostro tutorial su How to build a motion activated night light, per un esempio di applicazione.
LED di potenza
I LED di potenza, invece, sono molto, molto più luminosi. Per esempio, un singolo LED ad alta potenza Cree LED può generare fino a 350 Lumen, cioè 350 volte più luminoso del LED standard mostrato sopra!
E, sebbene i LED di potenza non siano molto più grandi dei LED standard, assorbono molta più corrente e si scaldano molto, motivo per cui di solito necessitano di un dissipatore o di un raffreddamento aggiuntivo. Per esempio, il LED ad alta potenza elencato tra i componenti richiesti assorbe fino a 700mA e viene fornito con una piastra in alluminio a forma di stella come dissipatore.
Nota che il LED vero e proprio è la piccola macchia gialla al centro della piastra, che ha un diametro simile a un LED standard da 3mm. Questi LED usano comunemente un 3535 SMD LED chip e sono disponibili in diversi colori, angoli di visione, temperature di luce e con dissipatori.
Le specifiche tecniche del LED ad alta potenza che usiamo sono le seguenti:
- corrente fino a 700mA (continua)
- corrente di picco 1000mA (con duty cycle 1/10 e impulso di 0.1ms)
- tensione: 3.2-3.6V
- potenza: 3W
- 170 Lumen a 700mA (tipico)
Un pin GPIO di Arduino può fornire al massimo 40mA, molto meno dei 700mA che un LED di potenza richiede alla massima luminosità. Perciò non puoi collegare un LED di potenza direttamente ad Arduino, ma devi usare un driver LED.
Nella prossima sezione vediamo un driver di questo tipo: il driver LED LD24AJTA.
Presentazione del driver LED LD24AJTA
La scheda driver LD24AJTA accetta in ingresso da 6 a 25V e fornisce in uscita una corrente regolata tra 30 e 900mA. L’immagine sotto mostra il pinout della scheda.
La scheda contiene un convertitore buck che riduce la tensione di ingresso e un PT4115 driver LED IC che regola la corrente mantenendola costante. Questo è importante perché la resistenza dei LED di potenza cambia con la temperatura, il che può causare surriscaldamento se la corrente non è controllata.
La tensione di ingresso (DC) va collegata ai pin VIN+ e GND. Un potenziometro (Pot) permette di regolare manualmente la corrente in uscita. C’è anche un ingresso PWM che accetta un segnale PWM tra 100Hz e 20kHz per controllare elettronicamente la corrente.
La lista seguente mostra le specifiche dettagliate del LD24AJTA:
- Controller Step-down a corrente costante
- 6-25V 900mA Step-down
- Driver LED con dimmerazione 5000:1
- Tensione di lavoro: DC 6-25V
(per LED o strisce LED da 6V, 9V, 12V, 18V, 24V) - Corrente in uscita: 30-900mA
Modificando la resistenza RCS, la corrente massima può arrivare a 1200mA - Potenza massima in uscita: 20W
- Regolazione della corrente
(tramite resistenza regolabile o controllo PWM) - Controllo on/off e luminosità con un singolo pin usando tensione DC o PWM
- Frequenza di commutazione fino a 1MHz
- Precisione tipica della corrente in uscita del 5%
- Protezione intrinseca contro circuito aperto del LED
- Alta efficienza (fino al 97%)
- Rilevamento corrente lato alto
Come detto, la corrente in uscita del driver LD24AJTA può essere controllata manualmente o elettronicamente. Nelle prossime due sezioni vediamo come fare.
Controllo manuale della corrente
Per il controllo manuale della corrente collega il LD24AJTA a un alimentatore da 6..25V e uno o più LED in serie all’uscita LED. La corrente in uscita si regola ruotando il potenziometro (Pot) a destra o sinistra.
Controllo elettronico della corrente
Per controllare la corrente in uscita del LD24AJTA puoi fornire un segnale PWM all’ingresso PWM. Alimentazione e LED si collegano come prima.
Nota: quando usi l’ingresso PWM per controllare la corrente, le impostazioni del potenziometro vengono ignorate. In altre parole, non puoi controllare la corrente manualmente ed elettronicamente contemporaneamente.
Driver IC PT4115
Il LD24AJTA usa il PT4115 driver LED IC come mostrato nello schema sotto:
Se guardi attentamente lo schema, vedrai che il potenziometro (RP1) è collegato al pin DIM del PT4115 e non al circuito di rilevamento corrente (RCS). Perciò il segnale PWM ha la precedenza sulla regolazione del potenziometro.
Se usi l’ingresso PWM ma vuoi una corrente massima diversa da 900mA, puoi sostituire la resistenza RCS sulla scheda con un valore adatto. RCS sta per: Resistenza per il rilevamento della corrente.
Puoi calcolare il valore della resistenza come I out = 0.1/RCS . La tabella sotto mostra alcuni valori comuni di resistenza e le corrispondenti correnti in uscita. La resistenza di default è 0.11 Ω, che porta a una corrente massima di circa 900 mA.
| RCS | max I out |
|---|---|
| 1.0 Ω | 100 mA |
| 0.5 Ω | 200 mA |
| 0.2 Ω | 500 mA |
| 0.11 Ω | 900 mA |
| 0.1 Ω | 1000 mA |
Nella prossima sezione colleghiamo il LD24AJTA ad Arduino e usiamo il suo output PWM per controllare la corrente del LED e regolare la luminosità.
Collegare il LD24AJTA e Arduino
Collegare il LD24AJTA ad Arduino è molto semplice. Prima collega i pin GND del LD24AJTA e dell’alimentatore (batteria) al pin GND di Arduino (fili neri). Secondo lo schema, potrebbe bastare collegare solo uno dei pin GND del LD24AJTA, ma per sicurezza ho collegato entrambi a GND. Vedi la foto del cablaggio sotto.
Poi collega il polo positivo dell’alimentatore (batteria) all’ingresso VIN del LD24AJTA. Io uso una batteria da 9V, che va bene per provare il circuito. Ma per un’applicazione seria serve un alimentatore che possa fornire una corrente continua di 1A. Una tipica batteria da 9V è limitata a 600mAH, sufficiente per accendere il LED ma non durerà a lungo. Puoi trovare batterie ricaricabili da 9V con capacità di 1000mAH (link), che durano un po’ di più.
Poi colleghiamo l’ingresso PWM del LD24AJTA a un pin PWM di Arduino (filo verde). Ho scelto il pin 6, ma qualsiasi pin PWM ~3, ~5, ~6, ~9, ~10, ~11 va bene.
Infine colleghiamo il LED di potenza alle uscite LED+ e LED- del LD24AJTA (fili blu e rosso). Assicurati di rispettare la polarità corretta.
Ora scriviamo il codice per controllare il LED.
Codice per controllare LED di potenza con Arduino
Con il driver LD24AJTA collegato, il codice per controllare un LED di potenza non differisce da quello per un LED standard. Qui sotto c’è il classico codice blink che accende il LED per un secondo e poi lo spegne per un altro secondo.
// Switching LED on and off
const byte ledPin = 6;
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
analogWrite(ledPin, HIGH);
delay(1000);
analogWrite(ledPin, LOW);
delay(1000);
}
Se ti serve aiuto con questo codice, dai un’occhiata al nostro tutorial su How To Blink An LED Using Arduino .
Allo stesso modo, per regolare la luminosità del LED si usa il consueto analogWrite() e la modulazione di larghezza di impulso (PWM) per aumentare gradualmente la luminosità da 0 a 255.
// Dimming the LED
const byte ledPin = 6; // PWM
void setup() {
pinMode(ledPin, OUTPUT);
}
void loop() {
for (int b = 0; b < 256; b++) {
analogWrite(ledPin, b);
delay(100);
}
}
Se vuoi controllare la luminosità del LED in base a sensori esterni, guarda l’esempio in How use Arduino to control an LED with a Potentiometer e How to detect light using an Arduino.
E questo è tutto. Ora sai come controllare LED super luminosi ad alta corrente con Arduino usando il driver LD24AJTA. Ci sono altre due opzioni, di cui parliamo nella prossima sezione.
Altre schede driver LED
Ci sono altre tre schede driver LED che vorrei menzionare. Prima c’è la LD24AJTA_MINI, che è essenzialmente la stessa della LD24AJTA, ma con un fattore di forma leggermente più piccolo. Vedi l’immagine seguente:
Abbiamo anche un tutorial su quel driver LED: Dim High-Power LED with Arduino and LD24AJTA_MINI.
La prossima scheda interessante è la LD06AJSA/B, mostrata sotto.
Questa è una buona opzione se vuoi pilotare LED ad alta corrente, perché può erogare fino a 1500mA, mentre la LD24AJTA è limitata a 1000mA.
Un’opzione per LED meno esigenti in corrente è la LD2635MA, più piccola e economica della LD24AJTA e della LD06AJSA, ma che può erogare solo fino a 350mA. Vedi l’immagine di quella scheda sotto.
Tutte e tre le schede supportano il controllo manuale o elettronico della corrente in uscita. La tabella seguente fornisce un confronto rapido delle tre opzioni:
| Driver | Vin | max I out |
|---|---|---|
| LD06AJSA/B | 2.8-6V | 1500mA |
| LD2635MA | 5-27V | 350mA |
| LD24AJTA | 6-25V | 900mA |
Usare LED di potenza senza driver
Se non vuoi usare un driver LED, esistono LED di potenza con resistenza di limitazione corrente integrata che puoi collegare direttamente a una fonte di alimentazione. Per esempio, il LED di potenza sotto funziona a 5V e ha una resistenza integrata da 68Ω.
Tuttavia, sono tipicamente limitati a correnti più basse e non sono luminosi come il LED elencato tra i componenti richiesti. Nonostante la corrente più bassa, non puoi comunque pilotarli direttamente da un pin GPIO di Arduino e quindi ti serve comunque un circuito aggiuntivo per commutarli elettronicamente (es. MOSFET, Transistor).
Conclusione
In conclusione, abbiamo imparato con successo come controllare LED di potenza super luminosi ad alta corrente usando il driver LED LD24AJTA e Arduino. Capendo i componenti necessari e i collegamenti, siamo riusciti a creare un circuito funzionante per regolare la luminosità dei LED.
Divertiti ad estendere il circuito base con funzionalità aggiuntive!
Domande frequenti
D: Come collego il driver LED LD24AJTA ad Arduino?
R: Per collegare il driver LED LD24AJTA ad Arduino, basta cablare i pin di ingresso e uscita secondo lo schema fornito. Assicurati di collegare correttamente alimentazione e massa per un funzionamento senza problemi.
D: È possibile usare più driver LED LD24AJTA per controllare più LED di potenza?
R: Sì, puoi usare più driver LED LD24AJTA per controllare contemporaneamente più LED di potenza. Questo permette scalabilità e flessibilità nei tuoi progetti di illuminazione.
D: Come posso proteggere il driver LED LD24AJTA da sovracorrente o surriscaldamento?
R: Per proteggere il driver LED LD24AJTA da sovracorrente o surriscaldamento, puoi aggiungere resistenze di limitazione esterne, dissipatori e ventole di raffreddamento.
D: Il driver LED LD24AJTA supporta funzioni di dimmerazione per LED di potenza?
R: Sì, il driver LED LD24AJTA supporta la dimmerazione tramite controllo PWM, permettendoti di regolare i livelli di luminosità dei LED di potenza secondo le esigenze del progetto.
D: Ci sono precauzioni di sicurezza specifiche da considerare quando si lavora con LED di potenza ad alta corrente e il driver LD24AJTA?
R: Quando lavori con LED di potenza ad alta corrente e il driver LD24AJTA, assicurati di fornire un adeguato raffreddamento. I LED di potenza, anche con dissipatori, possono scaldarsi molto!
D: Posso usare il driver LED LD24AJTA con LED di potenza RGB per miscelazione dei colori?
R: Sì, il driver LED LD24AJTA può essere usato con LED di potenza RGB per applicazioni di miscelazione dei colori. Controllando l’intensità di ogni canale colore, puoi ottenere una vasta gamma di colori.
D: Posso usare il driver LED LD24AJTA insieme a sensori per il controllo automatico dell’illuminazione?
R: Sì, puoi integrare sensori come sensori di movimento, di luce o di temperatura con il driver LED LD24AJTA e Arduino per abilitare il controllo automatico dell’illuminazione basato sulle condizioni ambientali o sulle interazioni dell’utente.
