Quels sont les différents Quels sont les différents types de piles? Primaire, rechargeable, li-ion


Dans ce didacticiel, nous étudierons l’un des composants importants des systèmes électriques et électroniques: une batterie. Nous verrons quelques informations de base sur une batterie, examinerons différents types de batteries et un guide sur le type de batterie adapté à votre application.

introduction

Que vous soyez ingénieur électricien ou non, vous avez peut-être rencontré au moins deux types de piles différents dans votre vie. Certains des endroits où vous utilisez des piles sont des horloges murales, des alarmes ou des détecteurs de fumée qui utilisent de petites piles jetables ou des voitures, des camions ou des motocycles qui utilisent des piles rechargeables relativement grandes.

Les piles sont devenues une source d’énergie très importante au cours des dix dernières années environ. Même avant cela, ils faisaient partie intégrante de nos vies en alimentant plusieurs appareils portables tels que radios à transistors, Walkman, jeux portables, appareils photo, etc.

Mais avec le développement des téléphones intelligents avancés, des tablettes, des ordinateurs portables, de l'énergie solaire et des véhicules électriques, la recherche de batteries puissantes pouvant durer plus longtemps et fournir l'énergie nécessaire a atteint son apogée.

En fait, le prix Nobel de chimie 2019 a été attribué à trois scientifiques, John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham et Akira Yoshino, pour le développement de batteries lithium-ion.

Qu'est-ce qu'une batterie?

Une batterie est un dispositif chimique qui stocke de l'énergie électrique sous forme de produits chimiques et convertit l'énergie chimique stockée par réaction électrochimique en énergie électrique à courant continu. Alessandro Volta, physicien italien, a inventé la première batterie en 1800.

La réaction électrochimique dans une batterie implique le transfert d'électrons d'un matériau à un autre (appelés électrodes) via un courant électrique.

Cellule et batterie

Même si le terme batterie est souvent utilisé, l'unité électrochimique de base responsable du stockage effectif de l'énergie s'appelle une cellule. Comme on vient de le dire, une cellule est l’unité électrochimique fondamentale qui est la source d’énergie électrique produite par la conversion d’énergie chimique.

Dans sa forme de base, une cellule contient généralement trois composants principaux: deux électrodes et un électrolyte, ainsi que des terminaux, un séparateur et un conteneur. En parlant d'électrodes, il existe deux types d'électrodes appelées anode et cathode.

L'anode est l'électrode négative (également appelée électrode à combustible ou électrode réductrice). Il perd des électrons au circuit externe et dans la réaction électrochimique, il s'oxyde.

La cathode, par contre, est l'électrode positive (également appelée électrode oxydante). Il accepte les électrons du circuit éternel et dans la réaction électrochimique, il est réduit. Par conséquent, la conversion d'énergie dans une batterie est due à la réaction d'oxydoréduction électrochimique.

Le troisième composant important d'une cellule est l'électrolyte. Un électrolyte joue le rôle de milieu de transfert de charge sous forme d’ions entre les deux électrodes. Par conséquent, l'électrolyte est parfois appelé conducteur ionique. Il convient de noter ici que l’électrolyte n’est pas électriquement conducteur, il a simplement une conductivité ionique.

Une batterie consiste souvent en une ou plusieurs «cellules» connectées électriquement en configuration série ou parallèle afin de fournir les niveaux de tension et de courant nécessaires.

Différents types de piles

Fondamentalement, toutes les cellules et batteries électrochimiques sont classées en deux types:

  • Primaire (non rechargeable)
  • Secondaire (rechargeable)

Bien qu'il existe plusieurs autres classifications au sein de ces deux types de piles, ces deux types sont les types de base. En termes simples, les piles primaires sont des piles non rechargeables, c’est-à-dire qu’elles ne peuvent pas être rechargées électriquement, alors que les piles secondaires sont des piles rechargeables, c.-à-d. Qu’elles peuvent être rechargées électriquement.

Batteries primaires

Une batterie principale est l’une des sources d’alimentation simples et pratiques pour plusieurs appareils électroniques et électriques portables, tels que des lampes, des appareils photo, des montres, des jouets, des radios, etc. Comme ils ne peuvent pas être rechargés électriquement, ils peuvent être utilisés. c'est le type.

Habituellement, les batteries primaires sont peu coûteuses, légères, petites et très pratiques à utiliser avec relativement peu ou pas d’entretien. La majorité des batteries primaires utilisées dans les applications domestiques sont du type à une cellule et viennent généralement dans une configuration cylindrique (bien qu'il soit très facile de les produire dans différentes formes et tailles).

Types de batteries principales communes

Jusque dans les années 1970, les piles à base d’anodes au zinc étaient les types de piles primaires prédominants. Pendant les années 1940, la Seconde Guerre mondiale et après la guerre, les batteries à base de zinc-carbone ont une capacité moyenne de 50 Wh / kg.

Le développement le plus significatif de la technologie des batteries a eu lieu au cours de la période 1970-1990. C’est pendant cette période que les fameuses piles au zinc et au dioxyde de manganèse alcalin ont été mises au point et qu’elles ont peu à peu remplacé les anciens types de zinc-carbone en tant que pile principale.

Types de batteries Batteries primaires

Des piles zinc-oxyde mercurique et cadmium-oxyde mercurique ont également été utilisées au cours de cette période, mais en raison des préoccupations environnementales liées à l'utilisation du mercure, ces types de piles ont été progressivement éliminées.

C’est au cours de cette période que le développement de piles au lithium comme matériau d’anode active a commencé et est considéré comme une réalisation majeure en raison de la grande énergie spécifique et de la durée de conservation plus longue des piles au lithium par rapport aux piles au zinc traditionnelles.

Les piles au lithium sont fabriquées comme des piles bouton et des piles bouton pour une gamme d'applications spécifique (telles que les montres, la sauvegarde de la mémoire, etc.), tandis que des piles de type cylindrique plus grandes sont également disponibles.

Le tableau suivant présente différents types de batteries primaires ainsi que leurs caractéristiques et leurs applications.

Type de batterie

Caractéristiques

Applications

Zinc – Carbone

Commun, faible coût, variété de tailles

Radios, jouets, instruments

Magnésium (Mg / MnO2)

Grande capacité, longue durée de vie

Radios militaires et aéronautiques

Mercure (Zn / HgO)

Très grande capacité, longue durée de vie

Médical (prothèses auditives, stimulateurs cardiaques), photographie

Alcaline (Zn / Alcaline / MnO2)

Très populaire, coût modéré, haute performance

Batteries primaires les plus populaires

Argent / Zinc (Zn / Ag)2O)

Capacité maximale, coût élevé, décharge plate

Prothèses auditives, photographie, téléavertisseurs

Lithium / Cathode Soluble

Haute densité d'énergie, bonnes performances, large plage de température

Large gamme d'applications d'une capacité comprise entre 1 et 10 000 Ah

Lithium / Cathode Solide

Haute densité d'énergie, performances à basse température, longue durée de vie

Remplacement des piles bouton et cylindriques

Lithium / électrolyte solide

Faible consommation d'énergie, durée de vie extrêmement longue

Circuits de mémoire, électronique médicale

Piles Secondaires

Une batterie secondaire est également appelée batterie rechargeable car elle peut être rechargée électriquement après la décharge. Le statut chimique des cellules électrochimiques peut être «rechargé» à son état d'origine en faisant passer un courant à travers les cellules dans le sens opposé de leur décharge.

Fondamentalement, les batteries secondaires peuvent être utilisées de deux manières:

Dans la première catégorie d'applications, les batteries secondaires sont essentiellement utilisées comme dispositifs de stockage d'énergie lorsqu'elles sont connectées électriquement à une source d'énergie principale et également chargées par celle-ci et fournissant de l'énergie en cas de besoin. Les exemples de telles applications sont les véhicules électriques hybrides (HEV), les alimentations sans interruption (UPS), etc.

La deuxième catégorie d'applications des batteries secondaires est celle des applications dans lesquelles la batterie est utilisée et déchargée en tant que batterie principale. Une fois la batterie complètement déchargée (ou presque complètement), au lieu de la jeter, la batterie est rechargée avec un mécanisme de charge approprié. Tous les appareils électroniques portables modernes tels que les mobiles, les ordinateurs portables, les véhicules électriques, etc. sont des exemples de telles applications.

La densité d'énergie de la batterie secondaire est relativement inférieure à celle des batteries primaires, mais présente d'autres caractéristiques intéressantes telles qu'une densité de puissance élevée, des courbes de décharge plates, un taux de décharge élevé et des performances à basse température.

Types de batteries secondaires communes

Deux des batteries les plus anciennes sont en fait des batteries secondaires appelées batteries au plomb-acide, qui ont été développées à la fin des années 1850 et des batteries au nickel-cadmium, développées au début des années 1900. Jusqu'à récemment, il n'y a que deux types de piles secondaires.

Les premières et les plus courantes des piles rechargeables sont appelées piles au plomb. Ils sont basés sur le plomb – dioxyde de plomb (Pb – PbO2) couple électrochimique. L'électrolyte utilisé dans ces types de batteries est l'acide sulfurique très répandu.

Le second type de piles rechargeables s'appelle des piles au nickel-cadmium. Ils sont basés sur l'oxyhydroxyde de nickel (oxyde de nickel) en tant qu'électrode positive et sur une électrode négative à base de cadmium. En ce qui concerne l'électrolyte, une solution alcaline d'hydroxyde de potassium est utilisée.

Au cours des dernières décennies, deux nouveaux types de piles rechargeables ont vu le jour. Il s’agit de la pile à hydrure de nickel-métal et de la pile au lithium-ion. Parmi ces deux batteries, la batterie lithium-ion a changé la donne et est devenue supérieure sur le plan commercial grâce à ses chiffres d'énergie spécifique et de densité d'énergie élevés (150 Wh / kg et 400 Wh / L).

Il existe d'autres types de batteries secondaires, mais les quatre types principaux sont:

  • Batteries au plomb
  • Piles au nickel-cadmium
  • Piles nickel-hydrure métallique
  • Batteries lithium-ion

Voyons maintenant brièvement à propos de ces types de batterie individuellement.

Batteries au plomb

Les batteries au plomb sont de loin les batteries rechargeables les plus utilisées et les plus utilisées. Ils ont été un produit à succès depuis plus d'un siècle. Les batteries plomb-acide sont disponibles dans plusieurs configurations différentes, telles que des petites cellules scellées d'une capacité de 1 Ah à des grandes cellules d'une capacité de 12 000 Ah.

L’une des principales applications des batteries au plomb-acide est utilisée dans l’industrie automobile, car elles sont principalement utilisées comme batteries SLI (démarrage, éclairage et allumage).

Les autres applications des batteries au plomb comprennent le stockage d'énergie, l'alimentation de secours, les véhicules électriques (même hybrides), les systèmes de communication, les systèmes d'éclairage de secours, etc.

Le large éventail d'applications des batteries au plomb-acide résulte de ses vastes plages de tension, de ses formes et de ses tailles différentes, de son faible coût et de sa maintenance relativement facile. Comparées aux autres technologies de batteries secondaires, les batteries plomb-acide sont l’option la moins chère pour toutes les applications et offrent de très bonnes performances.

Le rendement électrique des batteries au plomb varie entre 75 et 80%. Cette valeur d’efficacité leur permet de stocker de l’énergie (onduleurs) et des véhicules électriques.

Piles au nickel-cadmium

Les piles au nickel-cadmium ou tout simplement les piles au Ni-Cd sont l’un des types de piles les plus anciens disponibles à ce jour, avec les piles au plomb. Ils ont une très longue durée de vie et sont très fiables et robustes.

L'un des principaux avantages des batteries Ni-Cd est qu'elles peuvent être soumises à des taux de décharge élevés et qu'elles peuvent fonctionner dans une plage de températures étendue. De plus, la durée de vie des piles Ni-Cd est très longue. Le coût de ces batteries est plus élevé que celui des batteries au plomb-acide, mais il est inférieur à celui des autres types de piles alcalines.

Comme mentionné précédemment, les batteries Ni-Cd utilisent l'oxyhydroxyde de nickel (NiOOH) comme cathode et le cadmium métallique (Cd) comme anode. Les batteries de consommation courante sont livrées avec une tension en ligne de 1,2V. Dans les applications industrielles, les batteries Ni-Cd ne sont que les secondes derrière les batteries plomb-acide en raison de leurs performances à basse température, de leur tension de décharge plate, de leur longue durée de vie, de leur faible entretien et de leur excellente fiabilité.

Malheureusement, il existe une caractéristique majeure des batteries Ni-Cd appelée «effet mémoire», qui est leur seul inconvénient. Lorsque les cellules Ni-Cd sont déchargées partiellement puis rechargées, elles perdent progressivement leur capacité, c’est-à-dire cycle par cycle. Le «conditionnement» est le processus par lequel la capacité perdue des batteries peut être restaurée.

Dans ce processus, les cellules sont complètement déchargées à zéro volt et ensuite complètement rechargées.

Piles nickel-hydrure métallique

Ce type de batterie relativement nouveau est une version étendue des batteries à électrode nickel-hydrogène, qui étaient exclusivement utilisées dans les applications aérospatiales (satellites). L'électrode positive est l'oxyhydroxyde de nickel (NiOOH), tandis que l'électrode négative de la cellule est un alliage métallique dans lequel l'hydrogène est stocké de manière réversible.

Types de piles Ni-Cd

Pendant la charge, l'alliage métallique absorbe l'hydrogène pour former un hydrure métallique et lors de la décharge, l'hydrure métallique perd de l'hydrogène.

L'un des principaux avantages des batteries nickel-hydrure métallique par rapport aux batteries Ni-Cd est sa densité d'énergie spécifique et énergétique supérieure. Les batteries nickel-métal hydrure scellées sont disponibles dans le commerce sous forme de petites cellules cylindriques et sont utilisées dans les appareils électroniques portables.

Batteries lithium-ion

L'émergence des batteries lithium-ion au cours des deux dernières décennies a été assez phénoménale. Plus de 50% du marché de consommation a adopté l'utilisation de batteries lithium-ion. Les ordinateurs portables, les téléphones mobiles, les appareils photo, etc. sont les applications les plus importantes des batteries lithium-ion.

Types de piles Image vedette

Les batteries lithium-ion ont une densité d'énergie considérablement élevée, une énergie spécifique élevée et une durée de vie du cycle plus longue. Les autres avantages principaux des batteries lithium-ion sont leur faible taux d'autodécharge et leur large plage de températures de fonctionnement.

Applications de la batterie

Au cours des dernières décennies, l'utilisation de petites batteries scellées dans les applications grand public a été exponentielle. Les piles primaires ou rechargeables au format compact sont utilisées dans un très grand nombre d’appareils. Certains d'entre eux sont mentionnés ci-dessous.

  • Appareils électroniques portables: Montres, appareils photo, téléphones portables, ordinateurs portables, caméscopes, calculatrices, équipement de test (multimètres).
  • Divertissement: Radios, lecteurs MP3, lecteurs CD, toutes les télécommandes infrarouges, jouets, jeux, claviers.
  • Ménage: Horloges, alarmes, détecteurs de fumée, lampes de poche, UPS, lampes de secours, brosses à dents, tondeuses et rasoirs pour cheveux, moniteurs de pression artérielle, prothèses auditives, stimulateurs cardiaques, outils électriques portables (perceuses, tournevis).

Comment choisir une batterie?

La sélection d'une batterie pour votre application peut être réduite à deux caractéristiques: performances et coût. Mais si nous creusons un peu plus loin, les éléments suivants sont déterminants pour choisir la batterie adaptée à votre application.

  • Primaire ou secondaire
  • Energie ou pouvoir
  • Durée de vie
  • Efficacité énergétique et taux de recharge
  • Vie de la batterie
  • Température de la batterie



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Arduino Blog »Découvrez Aster, le robot humanoïde imprimé en 3D


Meet Aster, le robot humanoïde imprimé en 3D

Équipe Arduino29 novembre 2019

Si vous souhaitez construire votre propre robot vaguement humanoïde, mais ne vous souciez pas de le faire circuler, ne cherchez pas plus loin que Aster.

Le bot imprimé en 3D est contrôlé par un Arduino Uno, avec un bouclier de servo pour actionner ses 16 servomoteurs. Cela lui permet de bouger les bras de manière assez spectaculaire, comme le montre la vidéo ci-dessous, avec sa tête. Les jambes semblent également être capables de mouvement, bien que non destinées à marcher, et sont soutenues par une colonne au milieu de sa structure.

L’écran principal d’Aster est fabriqué à partir d’un vieux smartphone et, dans la démonstration, il affiche ses yeux sous forme d’objets géométriques verts, d’esquisses animées, puis, de manière choquante, de personnes différentes. Les fichiers d'impression pour le projet sont disponibles ici et la conception est en réalité basée sur le plus coûteux Poppy Humanoid.

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Meet Tiny Sorter, une expérience de bricolage reliant Arduino + Teachable Machine – Open Electronics


Débuter avec l'informatique physique et l'apprentissage automatique peut être assez intimidant. Mais ce n’est pas obligé! Découvrez Tiny Sorter, une expérience de bricolage qui vous apprend à construire une trieuse en connectant Arduino et Teachable Machine.

C’est une petite machine que vous pouvez facilement fabriquer avec un morceau de papier – il suffit de couper, de plier, d’assembler le moteur et de le placer directement au-dessus de la webcam de votre ordinateur portable. Ensuite, utilisez Teachable Machine pour créer un modèle d’apprentissage automatique (aucun codage requis) pour trier de petits objets – céréales, bonbons, trombones, ou tout ce que vous avez avec vous. Et juste comme ça, vous avez votre propre trieuse d’apprentissage automatique.

C’est un projet super simple et amusant pour à peu près tout le monde – étudiants, codeurs, non-codeurs, même si c’est la première fois que vous utilisez arduino. Construisez votre propre Tiny Sorter et obtenez une idée de ce qu'est l'apprentissage automatique et l'informatique physique.

Plus d'informations

jlcpcb.com



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Circuit du Crowbar | Conception utilisant thyristor, travail


Dans ce tutoriel, nous étudierons un circuit simple mais efficace appelé le circuit Crowbar. Il s’agit essentiellement d’un circuit de protection contre les surtensions. Nous allons examiner le concept du circuit, sa conception utilisant Thyristor / SCR, le fonctionnement du circuit ainsi que certaines limitations importantes.

introduction

Les alimentations sont un composant important des circuits électriques et électroniques. Ils sont généralement très fiables et peuvent fournir une alimentation propre et de qualité aux circuits principaux. En fait, la durée de vie, la fiabilité et la longévité de tout système électronique dépendent d'une bonne alimentation.

Si une alimentation tombe en panne pour une raison quelconque, le circuit qui y est connecté sera sérieusement endommagé, parfois irréparable. Par exemple, un problème courant avec les alimentations linéaires est la défaillance du transistor passe-série.

Lorsqu'il y a un court-circuit entre les bornes du collecteur et de l'émetteur du transistor de transfert, le transistor tombe en panne et il y aura une tension très élevée et non régulée à la sortie. Si cette haute tension est transmise au système principal, les composants sensibles tels que les circuits intégrés seront endommagés en raison d'une surtension importante.

Par conséquent, il est assez courant de mettre en œuvre un simple circuit de protection contre les surtensions à la sortie de l'alimentation afin qu'en cas de pic de tension inattendu, aucun dommage ne soit causé au circuit principal ou à la charge. Ceci est fait par le circuit Crowbar.

Qu'est-ce qu'un circuit Crowbar?

Un circuit Crowbar est un circuit électrique simple qui évite d'endommager les circuits (charge de l'alimentation) en cas de surtension de l'alimentation. Il protège la charge en court-circuitant les bornes de sortie de l'alimentation lorsqu'une surtension est détectée.

Lorsque les bornes de sortie de l'alimentation sont en court-circuit, l'énorme flux de courant fera sauter le fusible et déconnectera ainsi l'alimentation du reste du circuit. Par conséquent, en termes simples, le travail du circuit Crowbar consiste à détecter la surtension et à faire fondre le fusible (un disjoncteur est parfois déclenché).

En règle générale, les circuits Crowbar sont conçus avec un thyristor (SCR) ou TRIAC comme principal dispositif de court-circuit.

Conception du circuit Crowbar

Maintenant que nous avons une compréhension de base du circuit Crowbar, nous allons maintenant en concevoir un. Dans ce didacticiel, nous allons montrer deux conceptions typiques, l’une utilisant un thyristor / SCR, tandis que l’autre utilise un TRIAC comme dispositif de mise en court-circuit.

Crowbar utilisant Thyristor

L'image suivante montre le premier dessin utilisant un thyristor. Tous les composants nécessaires à la construction de ce circuit sont mentionnés ci-dessous.

Crowbar Circuit utilisant thyristor SCR

  • Thyristor (Q1)
  • Diode Zener (ZD1)
  • Diode Schottky (SD1)
  • Condensateur de filtre (C1)
  • Condensateur amortisseur (C2)
  • Résistance de tirage (R1)
  • Fusible (F1)

Travail

Le fonctionnement de ce circuit est très simple. La diode Zener (ZD1) est le composant qui détecte la surtension. Habituellement, la tension de seuil de la diode Zener est sélectionnée juste au-dessus de la tension de sortie de l'alimentation (1 V de plus que la tension de sortie).

Lorsqu'une surtension se produit et que la tension atteint la tension de seuil de la diode Zener, elle commence à conduire. Si la tension continue d'augmenter, la chute de tension sur la résistance R1 et la borne de porte du SCR (Q1) augmentera.

Initialement, lorsque la diode Zener est non conductrice, la résistance R1 sert de résistance abaissée pour que la borne de porte du thyristor se maintienne à FAIBLE. Mais lorsque la diode Zener commence à conduire et que la tension à travers la résistance R1 augmente, la tension de grille augmente également.

Lorsque la tension à la borne de la porte est supérieure à sa tension de seuil (généralement entre 0,6V et 1V), le thyristor commence à conduire et fournit essentiellement un court-circuit entre les rails d'alimentation. À la suite de ce court-circuit, le fusible saute.

Un point important à retenir ici est que la valeur nominale du thyristor devrait être supérieure à celle du fusible. En outre, la tension de déclenchement globale est la somme de la tension de seuil de la diode de Zener et de la tension de seuil du thyristor.

Il y a peu d'autres composants dans le circuit et voyons leur rôle dans ce circuit. Premièrement, le condensateur C1 est un condensateur à filtre utilisé pour réduire le bruit et les petites pointes de tension et évite les déclenchements inutiles des circuits.

Le condensateur C2 est un condensateur atténuateur qui empêche tout déclenchement accidentel du thyristor lors de la mise sous tension des circuits. Enfin, la diode Schottky agit comme une diode de protection inverse pour empêcher le circuit principal de déclencher le circuit Crowbar.

Exemple

Voyons maintenant un exemple de conception du circuit ci-dessus utilisant des valeurs en temps réel. Laissez la sortie de l'alimentation être 8V. Ensuite, la tension de seuil de la diode Zener est choisie pour être de 9.1V. Tous les autres composants et leurs valeurs sont montrés dans l'image suivante.

Crowbar Circuit utilisant un thyristor thyristor Exemple

Crowbar utilisant TRIAC

La conception du réseau est basée sur TRIAC en tant que dispositif de court-circuit. La porte du TRIAC est contrôlée par un régulateur ajustable Zener tel que le LM431 de Texas Instruments. En outre, deux résistances permettent de définir la tension de référence du régulateur Zener.

Crowbar Circuit utilisant TRIAC

Travail

Les résistances R1 et R2 forment un diviseur de tension et règlent la tension de référence sur le régulateur de zener ajustable LM431. Dans des conditions de fonctionnement normales, la tension sur R2 est légèrement inférieure à la tension de référence (VREF) de LM431 pour qu'il reste éteint.

En sélectionnant la résistance de cathode RC de manière appropriée, la tension à la porte du TRIAC sera très inférieure pour rester éteinte.

Lorsque la tension augmente en raison de la surtension, la chute de tension à travers la résistance R2 augmente au-delà de la valeur VREF et le régulateur LM431 Zener commence à conduire. En conséquence, la cathode du LM431 commence à tirer du courant, ce qui augmente essentiellement la tension de grille du TRIAC.

Dès que la tension de grille dépasse la tension de seuil, le TRIAC verrouille et court-circuite les rails d'alimentation, faisant ainsi fondre le fusible.

Limites

Un circuit simple est très utile pour la protection contre les surtensions et constitue donc une partie essentielle de l’alimentation du banc. Même si ce circuit est très utile, il y a certaines limites qui nécessitent de prendre une note.

Dans la conception à thyristors, la tension de déclenchement est définie par la diode Zener et elle n’est généralement pas ajustable. Par conséquent, la sélection de la diode Zener appropriée est très importante. La tension de déclenchement du circuit doit être légèrement supérieure à la tension de sortie de l'alimentation, de sorte que les pics et le bruit ne puissent pas le déclencher par inadvertance.

Lorsque l'alimentation est utilisée dans les conceptions RF, comme un émetteur RF, un filtrage approprié des lignes électriques avant et après l'émetteur doit être utilisé.

En cas de surtension, le circuit déclenche et fait sauter le fusible. Par conséquent, les fusibles doivent être remplacés chaque fois qu'une surtension se produit.



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WS2812B LED RVB adressables | Contrôle en utilisant Arduino


Dans ce projet, nous examinerons un produit intéressant appelé les LED adressables WS2812B. Ce sont des voyants RVB adressables individuellement et sont également appelés par différents noms tels que NeoPixel de Adafruit, par exemple. Dans ce didacticiel, nous étudierons les voyants WS2812B, leur structure interne et leur construction, ainsi que le contrôle des voyants adressables individuellement à l'aide d'Arduino.

introduction

Si vous avez créé une sorte de projet lié aux voyants, vous avez probablement utilisé des voyants discrets (traversants ou CMS). Ces voyants peuvent être des voyants monochromes ou des voyants RVB.

Le principal inconvénient des voyants discrets est que, si vous les utilisez dans un tableau, vous perdez le privilège de les contrôler individuellement. Par exemple, si vous connectez trois ou quatre DEL à une seule broche d’Arduino à l’aide d’un transistor, toutes les DEL de la matrice auront le même comportement, c’est-à-dire un contrôle de la luminosité ou un changement de couleur.

Un autre scénario est que vous pourriez également avoir utilisé Lumières de bande de LED pour la décoration de Noël ou l'éclairage domestique régulier. Vous avez peut-être remarqué que même dans les lampes à ruban à LED coûteuses, vous n’avez pas la possibilité de contrôler des LED individuelles.

Si votre objectif est de contrôler des voyants individuels dans une bande, les voyants RVB adressables WS2812B sont la solution pour vous.

WS2812B LED adressables

La bande de LED adressable WS2812B est une source de lumière intelligente qui contient un circuit intégré de commande et une LED RVB dans le même boîtier, généralement au format SMD 5050. L'image suivante montre une bande de voyants WS2812B.

WS2812B LED adressables Image descriptive

À première vue, cela ressemble à une bande de LED ordinaire. Mais après une inspection plus minutieuse, vous pouvez trouver le circuit intégré de commande de LED WS2812B intégré dans le groupe de LED RVB SMD 5050. L'image agrandie suivante montre la même chose.

Schéma de circuit des voyants adressables WS2812B

Le bloc de LED WS2812B a quatre broches, à savoir VDD, VSS (GND), DIN et DOUT. Les fonctions de ces broches sont très simples et le tableau suivant donne une description simple des fonctions des broches.

Épingle

Une fonction

DMV

Alimentation pour LED

VSS

Sol

VACARME

Entrée de signal de données de contrôle

DOUT

Sortie du signal de données de contrôle

L'alimentation du circuit intégré WS2812B est également fournie via la broche VDD.

WS2812B Circuit d'application LED

Pour comprendre comment les voyants WS2812B peuvent être contrôlés individuellement, le circuit d’application suivant sera utile. Toutes les LED WS2812B sont connectées en cascade, l’OD de la première LED étant connecté au DIN de la seconde LED, etc.

Mais la première LED doit recevoir les données via son broche DIN d'un microcontrôleur comme Arduino. L'image suivante montre le schéma de principe d'un circuit d'application.

WS2812B Application adressable LED

Le protocole de transfert de données utilisé par les voyants WS2812B est le mode NRZ. Le premier port DIN de la matrice de LED WS2812B reçoit des données du microcontrôleur. Les données pour chaque pixel individuel sont de 24 bits et consistent en des données de commande individuelles des voyants rouges, verts et bleus de 8 bits chacune. L'ordre des données doit être GRB et la composition des données 24 bits est indiquée ci-dessous. Notez que les données de bit HIGH sont envoyées en premier.

WS2812B LED adressables Données 24 bits

Une fois que le premier bloc WS2812B a reçu les premières données de 24 bits, celles-ci sont envoyées à son verrou interne pour un décodage ultérieur. Les données restantes sont remodelées par son circuit de remodelage et d'amplification du signal et sont transmises au pixel suivant de la cascade par l'intermédiaire de la broche DO.

Comment contrôler la LED WS2812B en utilisant Arduino?

Passons maintenant au contrôle du tableau de DEL WS2812B à l’aide d’Arduino. Avant d’aller plus loin dans la conception du schéma, il y a une chose importante à aborder, c'est-à-dire l'alimentation en énergie du projet.

Chaque pixel LED WS2812B est doté de trois LED et d’un circuit intégré de contrôle. L’exigence actuelle d’un pixel est donc d’environ 60 mA. Si votre bandelette contient 20 LED WS2812B adressables individuellement, le courant total requis est de 20 * 60 mA = 1,2 A.

C'est plus que ce que Arduino peut fournir, soit par le port USB (qui peut fournir un maximum de 300 mA), soit par le biais d'une prise jack 5V (qui peut fournir un maximum de 900 mA).

Ainsi, le meilleur moyen de mettre le projet en marche, c’est-à-dire à la fois Arduino et le ruban à LED WS2812B, est à l’aide d’une source 5V externe pouvant fournir suffisamment de courant.

Maintenant que la partie alimentation du projet est claire, nous pouvons maintenant procéder avec le schéma du projet.

Schéma

L'image suivante montre la connexion entre Arduino UNO et le ruban à LED RVB WS2812B. Le 5V d’Arduino UNO et les voyants sont connectés à une alimentation externe avec le GND (VSS).

La broche DIN de la bande de LED est connectée à la broche IO numérique 7 de l'Arduino via une résistance de 330Ω.

Schéma de circuit des voyants adressables WS2812B

Composants requis

  • Arduino UNO
  • WS2812B LED
  • Alimentation 5V (minimum 2A)
  • Résistance de 330Ω

Programmation Arduino

La première étape de la programmation Arduino consiste à télécharger une bibliothèque de support appelée “FastLED”. Vous pouvez télécharger la bibliothèque à partir du lien suivant: “Bibliothèque FastLED”.

Extrayez le contenu du fichier zip et renommez le dossier en «FastLED». Déplacez ce dossier dans le dossier libraries de l'Arduino.

Code

#comprendre 

#define LEDPIN 7
#define NUMOFLEDS 10

Leds CRGB[NUMOFLEDS];

void setup() {

  FastLED.addLeds(leds, NUMOFLEDS);

}

boucle vide () {

  pour (int i = 0; i <= 9; i++) {
    leds[i] = CRGB ( 0, 0, 255);
    FastLED.show();
    delay(40);
  }
  for (int i = 9; i >= 0; je--) {
    leds[i] = CRGB (255, 0, 0);
    FastLED.show ();
    retarder (40);
  }
}

Conclusion

Une introduction simple à des LED adressables individuellement WS2812B est présentée dans ce tutoriel tout au long d’un projet qui montre comment contrôler les LED WS2812B avec Arduino. Si vous comprenez ces bases, vous pouvez alors mettre en œuvre un large éventail de projets.



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