Все о тюнинге авто

Простой регулятор яркости для светодиодной ленты. Способы управления яркостью свечения светодиодов с помощью импульсных драйверов

Светодиодные ленты — это удобный источник освещения, который нашел свое применение в дизайне не только домашних интерьеров, но и в оформлении других помещений, например, торговых. Такие приборы не только работают как источники света, но также привлекают внимание покупателей.

Иногда нужно не просто включать и выключать свет, временами требуется менять его яркость, изменять тон или цвет свечения, использовать различные визуальные эффекты. Для этой цели используются .

Светодиодная лента — это осветительный прибор , изготовленный на основе гибкой платы, на которой через одинаковое расстояние смонтированы полупроводниковые светодиоды.

Особенность полупроводниковых диодов состоит в нелинейности их вольт-амперной характеристики. Это означает, что после некоторого значения даже небольшое изменение напряжения может вызвать резкий рост тока , протекающего через диод, и привести к выходу его из строя.

Поэтому для управления такими устройствами необходимо использовать источники стабильного тока.

Учитывая эти особенности, для обеспечения стабильности нельзя использовать обычную большого номинала и источником напряжения с большой ЭДС, так как это приведет к тому, что на резисторе будет рассеиваться значительно большая мощность, чем необходимо для включения светодиода .

Для подключения должны использоваться источники, имеющие достаточно низкое напряжение и способные поддерживать стабильный ток. Для лент такие источники имеют вид отдельного блока питания с напряжением в 12/24 В и ограниченным током , а ограничительные монтируются на самой полосе.

Основные виды

Основная задача диммера состоит в управлении яркостью и регулировании мощности прибора. Виды регуляторов для светодиодных лент можно классифицировать по нескольким признакам.

Также они могут различаться и по другим признакам: использованию беспроводных технологий, типу этих технологий (инфракрасные или радиочастотные), по используемому протоколу, по количеству каналов.

Схема подключения к устройству

Способ подключение зависит от типа ленты и поставленных целей и задач . В зависимости от этого выбирается тип контроллера. Схему подключения диммера смотрите .

Схема подключения сенсорного диммера для светодиодной ленты своими руками с целью регулировки освещения помещения представлена на фото:


Одноцветная

На одноцветных — стоят светодиоды только одного цвета , например, белого. Можно регулировать только яркость их свечения. Для регулирования яркости используются диммеры с одним каналом, их подключают сразу после источника питания.

Видео-инструкция, как подключить диммер для одноцветной светодиодной ленты на 12 Вольт своими руками:

RGB

RGB-ленты это трехцветные светодиодные приборы , которые использую три основных цвета – красный, синий и зеленый для передачи разных оттенков. При одновременном включении всех трех цветов получается белый цвет. Для управления нужно использовать контроллеры с тремя каналами.

Таким образом можно не только включать каждый цвет по отдельности, но и смешивать их, регулируя яркость каждого. Кроме цвета можно также регулировать скорость изменения цветов. RGB-контроллер также подключается после источника питания.

Преимущества и недостатки

Преимущества :

Недостатки регуляторов с управляемым источником тока :

  • Рассеиваемая на светодиоде мощность сильно меняется в зависимости от проходящего через него тока. Это влияет на нагрев диода и влечет другие последствия.
  • По причине нагрева сильно меняются характеристики светодиода, даже такие, как спектр его излучения.
  • Нагрев элемента плохо влияет на долговечность его работы.

Недостатки регуляторов с ШИМ-регулированием :

  • Мерцание . ШИМ-регуляторы, особенно недорогие, достаточно заметно мерцают. Это хорошо заметно при небольшой яркости, что пагубно влияет на здоровье глаз, а также может вызвать утомление и головную боль.

Наиболее продвинутые модели регуляторов сочетают в себе схемы как аналогового управления, так и широтно-импульсной модуляции, что дает возможность использовать преимущества обоих методов , позволяя исключить недостатки каждого из них.

Светодиодные ленты — это не только энергосберегающий осветительный прибор, это средство декора и привлечения внимания.

Современные диммеры позволяют управлять яркостью и цветом светодиодов . Широкий выбор дает возможность оптимально подобрать устройство для любых целей.

Видео о применении и подключении диммера для светодиодной ленты с сенсорным пультом:

Rich Rosen, National Semiconductor

Введение

Экспоненциальный рост количества светодиодных источников света сопровождается столь же бурным расширением ассортимента интегральных схем, предназначенных для управления питанием светодиодов. Импульсные драйверы светодиодов давно заменили неприемлемые для озабоченного экономией энергии мира прожорливые линейные регуляторы, став для отрасли фактическим стандартом. Любые приложения, от ручного фонарика до информационных табло на стадионах, требуют точного управления стабилизированным током. При этом часто бывает необходимо в реальном времени изменять интенсивность излучения светодиодов. Управление яркостью источников света, и, в частности, светодиодов, называется диммированием. В данной статье излагаются основы теории светодиодов и описываются наиболее популярные методы диммирования с помощью импульсных драйверов.

Яркость и цветовая температура светодиодов

Яркость светодиодов

Концепцию яркости видимого сета, испускаемого светодиодом, понять довольно легко. Числовое значение воспринимаемой яркости излучения светодиода может быть легко измерено в единицах поверхностной плотности светового потока, называемых кандела (кд). Суммарная мощность светового излучения светодиода выражается в люменах (лм). Важно понимать, также, что яркость светодиода зависит от средней величины прямого тока.

На Рисунке 1 изображен график зависимости светового потока некоторого светодиода от прямого тока. В области используемых значений прямых токов (I F) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении I F . При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

Рисунок 1.

При работе вне линейной области значительная часть подводимой к светодиоду мощности рассеивается в виде тепла. Это потраченное впустую тепло перегружает драйвер светодиода и усложняет тепловой расчет конструкции.

Цветовая температура светодиодов

Цветовая температура является параметром, характеризующим цвет светодиода, и указывается в справочных данных. Цветовая температура конкретного светодиода описывается диапазоном значений и смещается при изменении прямого тока, температуры перехода, а также, по мере старения прибора. Чем ниже цветовая температура светодиода, тем ближе его свечение к красно-желтому цвету, называемому «теплым». Более высоким цветовым температурам соответствуют сине-зеленые цвета, называемые «холодными». Нередко для цветных светодиодов вместо цветовой температуры указывается доминирующая длина волны, которая может смещаться точно также, как цветовая температура.

Способы управления яркостью свечения светодиодов

Существуют два распространенных способа управления яркостью (диммирования) светодиодов в схемах с импульсными драйверами: широтно-импульсная модуляция (ШИМ) и аналоговое регулирование. Оба способа сводятся, в конечном счете, к поддержанию определенного уровня среднего тока через светодиод, или цепочку светодиодов. Ниже мы обсудим различия этих способов, оценим их преимущества и недостатки.

На Рисунке 2 изображена схема импульсного драйвера светодиода в конфигурации понижающего преобразователя напряжения. Напряжение V IN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе R SNS . Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор R SNS , и регулируется напряжением, подаваемым с резистора на вывод CS. Если напряжение на выводе CS начинает опускаться ниже установленного уровня, коэффициент заполнения импульсов тока, протекающего через L1, светодиод и R SNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Аналоговое диммирование

Аналоговое диммирование - это поцикловое управление прямым током светодиода. Проще говоря, это поддержание тока светодиода на постоянном уровне. Аналоговое диммирование выполняется либо регулировкой резистора датчика тока R SNS , либо изменением уровня постоянного напряжения, подаваемого на вывод DIM (или аналогичный вывод) драйвера светодиодов. Оба примера аналогового управления показаны на Рисунке 2.

Аналоговое диммирование регулировкой R SNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины R SNS вызывает соответствующее изменение тока светодиода. Если бы было возможно найти потенциометр с сопротивлением менее одного Ома, способный выдержать большие токи светодиода, такой способ диммирования имел бы право на существование.

Аналоговое диммирование с помощью управления напряжением питания через вывод CS

Более сложный способ предполагает прямое поцикловое управление током светодиода с помощью вывода CS. Для этого, в типичном случае, в петлю обратной связи включается источник напряжения, снимаемого с датчика тока светодиода и буферизованного усилителем (Рисунок 2). Для регулировки тока светодиода можно управлять коэффициентом передачи усилителя. В эту схему обратной связи несложно ввести дополнительную функциональность, такую, например, как токовую и температурную защиту.

Недостатком аналогового диммирования является то, что цветовая температура излучаемого света может зависеть от прямого тока светодиода. В тех случаях, когда изменение цвета свечения недопустимо, диммирование светодиода регулированием прямого тока применяться не может.

Диммирование с помощью ШИМ

Диммирование с помощью ШИМ заключается в управлении моментами включения и выключения тока через светодиод, повторяемыми с достаточно высокой частотой, которая, с учетом физиологии человеческого глаза, не должна быть меньше 200 Гц. В противном случае, может проявляться эффект мерцания.

Средний ток через светодиод теперь становится пропорциональным коэффициенту заполнения импульсов и выражается формулой:

I DIM-LED = D DIM × I LED

I DIM-LED - средний ток через светодиод,
D DIM - коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
I LED - номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления R SNS (см. Рисунок 3).
Рисунок 3.

Модуляция драйвера светодиодов

Многие современные драйверы светодиодов имеют специальный вход DIM, на который можно подавать ШИМ сигналы в широким диапазоне частот и амплитуд. Вход обеспечивает простой интерфейс со схемами внешней логики, позволяя включать и выключать выход преобразователя без задержек на перезапуск драйвера, не затрагивая при этом работы остальных узлов микросхемы. С помощью выводов разрешения выхода и вспомогательной логики можно реализовать ряд дополнительных функций.

Двухпроводное ШИМ-диммирование

Двухпроводное ШИМ-диммирование приобрело популярность в схемах внутренней подсветки автомобилей. Если напряжение на выводе VINS становится на 70% меньше, чем на VIN (Рисунок 3), работа внутреннего силового MOSFET транзистора запрещается, и ток через светодиод выключается. Недостаток метода заключается в необходимости иметь схему формирователя сигнала ШИМ в источнике питания преобразователя.

Быстрое ШИМ-диммирование с шунтирующим устройством

Запаздывание моментов включения и выключения выхода конвертора ограничивает частоту ШИМ и диапазон изменения коэффициента заполнения. Для решения этой проблемы параллельно светодиоду, или цепочке светодиодов, можно подключить шунтирующее устройство, такое, скажем, как MOSFET транзистор, показанный на Рисунке 4а, позволяющий быстро пустить выходной ток преобразователя в обход светодиода (светодиодов).
а)


б)
Рисунок 4. Быстрое ШИМ диммирование (а), формы токов и напряжений (б).

Ток дросселя на время выключения светодиода остается непрерывным, благодаря чему нарастание и спад тока перестают затягиваться. Теперь время нарастания и спада ограничивается только характеристиками MOSFET транзистора. На Рисунке 4а изображена схема подключения шунтирующего транзистора к светодиоду, управляемому драйвером LM3406 , а на Рисунке 4б показаны осциллограммы, иллюстрирующие различие результатов, получаемых при диммировании с использованием вывода DIM (сверху), и при подключении шунтирующего транзистора (внизу). В обоих случаях выходная емкость равнялась 10 нФ. Шунтирующий MOSFET транзистор типа .

При шунтировании тока светодиодов, управляемых преобразователями со стабилизаций тока, надо учитывать возможность возникновения бросков тока при включении MOSFET транзистора. В семействе драйверов светодиодов LM340x предусмотрено управление временем включения преобразователей, что позволяет решить проблему выбросов. Для сохранения максимальной скорости включения/выключения емкость между выводами светодиода должна быть минимальной.

Существенным недостатком быстрого ШИМ-диммирования, по сравнению с методом модуляции выхода преобразователя, является снижение КПД. При открытом шунтирующем приборе на нем рассеивается мощность, выделяющаяся в виде тепла. Для снижения таких потерь следует выбирать MOSFET транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала R DS-ON .

Многорежимный диммер LM3409

  • Глаз "инструмент" хороший, но без "численных" значений. Только спектрометр может что-то конкретное показать. Ссылку плиз. И Вы серьёзно верите, что что-то делается за пределами "Китая" (азиатские страны)?
  • Ссылочку, пожалуйста.
  • =Влад-Перм;111436]Владимир_007 "Что бы продлить срок службы, рядом с ним ставят (в притык) еще несколько светодиодов,"? - У меня много светодиодов стоит рядом, чтобы увеличить суммарную яркость........... Я извиняюсь, чисто случайно попал на эту ветку повторно. Номеров 6 - 8 назад в радиолоцмане была статья, где так же вставлял свою реплику. За качество изделий на светодиодах упоминать не скромно, пару журнало назад у автомобилиста была статья на фары - о перегреве светодиода. Так 6 - 8 номеров назад в статье была схемка драйвера, представляющая собой переключатель гирлянд на 4 канала. "благодаря драйверу, увеличиваем срок службы светодиода в 4 раза за счет того, что он работает в 4 раза реже, так же 2_й +, продолжительность работы кристалла диода с графиком по экспоненте увеличивает срок службы за счет уменьшения температуры кристалла" - примерно дословно на память. Что касается фотографирования фар - светодиод, это стробоскоп для человеческого глаза, но с очень большой скоростью переключения и пока ни кто не похвастался увеличением (послесвечения) светодиода после пропадания напряжения.
  • Уважаемый Владимир_666, здравствуйте. С чего Вы это решили? При питании светодиода постоянным током формируется непрерывный поток светового излучения. При питании импульсным током - формируются световые импульсы. Светодиод безынерционен. Это его замечательное свойство широко используется при передаче цифровой информации по оптическому волокну со скоростью десятки Гигабайт в секунду и более. Для него и люминофор нужен соответствующий, не создающий послесвечения. Полагаю, Вы это прекрасно понимаете. Говоря про стробоскоп Вы, очевидно, имеете ввиду отдельные кванты света. Но их пока не научились использовать по отдельности. Непонятно, кто и за что поставил "минус"?
  • САТИР, Вы отчасти травы в том, что Светодиод безинерционен. Это справедливо для светодиодов с "голым" кристаллом. Белые светодиоды разрабатываемые для освещения имеют слой люминофора. А он имеет некоторое время послесвечения (несколько миллисекунд), что вполне достаточно при питании импульсами с частотой в килогерцы. Кроме того, в драйверах устанавливается фильтрующий конденсатор.
  • Уважаемый lllll, здравствуйте. Совершенно с Вами, абсолютно. Согласитесь, ведь люминофор лишь принадлежность самого светодиода для придания ему нужных свойств.
  • Добрый день. Под словом стробоскоп с большой частотой - я подразумевал именно стробоскоп. Если взять свечение обычной лампочки у которой максимальное напряжение 220В и минимальное 0 и это с частотой 50 Гц - температура нити при 220В - 2200 градусов, но когда напряжение падает до 0 и опять поднимается до 220В, температура нити не падает до 0, а опускается до 1500 - 1800 градусов, что мы и видим "не вооружонным глазом". Что касается светодиода - у них принцип работы - стробоскоп, с большой скоростью переключения, который не видно человеческим глазом, но это не говорит о не влиянии на зрение. Что касается передачи данных гигпбайты в секунду - обычно передачу данных передают (азбукой морзе, мигающей лампочкой), я понимаю, что бы человеку поставить (-), можно быть и тупым, если Вы по отзывам людей считаете себя так же умным - определитесь сами где у Вас постоянно горящая лампочка и кому из нас нужно ставить -.
  • Ну как-бы 50 Гц. это две полу синусоиды и реально моргают 100 Гц. и напряжение амплитудное около 300 В. Кто Вам такое сказал? Или где Вы это прочитали? О принципе работы почитайте в "Вике", а тема вроде о питании светодиодов. Нормальный драйвер питает светодиод постоянным таком. ШИМ регуляторы применяются только если надо ДЁШЕВО уменьшить яркость свечения. Хороший драйвер, опять же, умеет уменьшать ток на светодиод без использования ШИМ. ШИМ применяют в фонариках многорежимных - и если драйвер хоть немного адекватный частота ШИМ от нескольких кГц. Совсем незаметно при любом использовании. Ага, у меня тоже, когда винчестер данные передаёт, "лампочка" (светодиод) мигает, быстро так мигает! Это она данные передаёт!
  • Не трогайте Владимира666. Не понимает он как работает светодиод. И, очевидно, не поймет. Придумал для себя объяснение неправильное и толкает его всем налево и на право.
  • Всё выше сказанное - с точностью "до наоборот"
  • ctc655 я думаю я Вам в понятной форме расписал, что постоянно горящая лампочка не может передавать информацию, если Вы пытаетесь своими действиями не профессиональными защитить производителей светодиодов со своей минусовкой
  • Спасибо Владимир666. Мое мнение о вас не улучшилось. Увы. Еще в детстве, лет 38 назад делали светотелефон на ЛАМПОЧКЕ. Запитана была от постоянного тока. Работало. Информацию передавал. Другое дело с какой скоростью, если можно так сказать. А вот ваше представление о работе светодиода - бред. То он у вас разрядник, то стробоскоп. Молодеж почитает и потом начнет говорить чушь. Если тяжело понять, не лезьте. За это и получили -1. Это оценка информативности сообщения. ВАаши сообщения не только не несут информативности, но еще и дают ошибочное представление о теме. Там где нет такой большой ахинеи, я ничего не ставлю.
  • Просмотрите тему на этом же сате, что бы было понятно почему повторно! http://www....007#post199007 Обсуждение: Осветительные приборы на основе светодиодов переменного тока находят свою нишу и, возможно, выйдут за ее пределы Мне так же не 10 и не 30 лет, но Вам почитать будет полезно. Увеличить знания кроме высокотехнологичного прибора с р-п переходом. Интересно, как же Вы 30 лет назад лампочкой горящей на постоянном токе инфорсацию передавали? Все световые приборы, не важно - оптрон, оптотиристор и т.д. все работают за счет прерываний светового потока. Наверно специально патент для этого создали?
  • Обоснуйте или подтвердите. Я "электронщик" - можете не ограничиваться в терминологии. То, что драйвер (питание от 220 В.) работает по схеме АС (220 В.) -- DC (300 В.) -- AC ШИМ -- DC (стабильный нужный ток СС) -- СС на светодиод, не делает его ШИМ регулятором. (это можно назвать и просто выпрямителем напряжения!) ШИМ с обратной связью это просто один из способов выдерживать стабильную яркость (ток) светодиода. А вот регулировать яркость можно двумя способами: в указанной цепочке в "АС ШИМ" дополнительно ввести регулировку "заполнения" (светодиод будет питаться регулируемым стабильным током) или регулировать ШИМ-ом уже непосредственно средний ток на светик. В первом случае питается стабильным током (пульсации нет!) во втором случае светодиод питается "импульсами" и их в принципе видно. (не обязательно глазами - в фонариках встречал частоту и 200 Гц. и 9 кГц.) Азбукой "Морзе" - это что-ли не передача информации?
  • Честно говоря я не знаю зачем подтверждать известную истину. Может, конечно, есть какие то нюансы в разработке регулируемых драйверов(а они должны быть). Я не занимался пока этим. Поэтому предложенные вами методы регулирования имеют право на жизнь. Вот только применяются каждый по своему. По поводу азбуки Морзе. Да, это передача информации, но с перерывом светового потока. А тот светотелефон работал на изменении яркости лампочки без погасания. При отсутствии речи светил постоянно. Схему не нашел. Делали в кружке и еще не было привычки зарисовывать схемы. Также некоторые закрытые оптопары, резисторная например, может работать без прерывания светового потока.
  • Уважаемый ctc655, здравствуйте. Вы абсолютно правы. Подобный метод передачи звука применяется до сих пор в кино. По краю плёнки есть световая дорожка, модулирующая световой поток, который преобразуется в электрический сигнал. Метод существует со времени изобретения звукового кино! Именно он погубил тапёров.
  • Про это как то и забыл. Хотя может сейчас по другому. Честно давно не интересовался кино.
  • Я не спорю, что без погасания лампочки и схемы могут быть разные, от обычной логики до 554СА..(3) компараторов, можно и просто свечение лампочки и перед лампочкой "флажком" дергать, но передача сигнала всегда работала по изменению "1" и "0".
  • В цифровых устройствах - да. А датчики уровня освещённости что, тоже работают по погасанию лампочки или солнца? Причём уровень освещённости регулируется......
  • Предыдущая тема или спор, если Вы читали - была о передаче данных "якобы постонно горящей лампочкой" от источника постоянного тока, то есть аккумулятор или стабилизированный источник питания. (Не хочу поднимать тему - где же заканчивается переменное напряжение и начинается постоянное, так как на эту тему сейчас в нете куча споров, начиная с самого аккумулятора.....) Что касается уровня освещенности, Вы о датчиках движения или о ночном освещении допустим вокруг витрин магазинов? Кажется во 1_х свет в обычном понятии - немного не соответствует теме, а вот принцип практически тот же!

Не стоит думать, что регулировка яркости светодиодной ленты – задача архитрудная. Снизить сетевое напряжение можно методом ШИМ (широтно-импульсной модуляции) или при помощи RGB-контроллера. Слово сложное, а реализация простая.

Потребуется управляющий модуль на базе блока питания, к которому будут присоединены конвертер и контроллер, либо RGB-контроллер, который управляет цветом. Первое устройство реализовано в виде микросхемы.

Суть ШИМ-метода регулировки яркости светодиодной ленты

При отсутствии постоянного напряжения ток подается на светодиод импульсно. Безусловно, это приводит к сокращению светового потока. Частота импульсов может принимать значение от нескольких сотен до нескольких тысяч герц. Временные же промежутки между ними зависят от параметров самого светодиода, равны десятым, а то и сотым долям секунды.

Глаз человека не в состоянии воспринимать подобную частоту мерцания. Следовательно, при сокращении светового потока у человека сохраняется впечатление, что светодиод работает в рядовом режиме. Значит, доступно регулировать световой поток в том или ином временном периоде. Встроенный генератор управляющего блока корректирует частоту импульсов, а его переменный резистор и импульсные диоды меняет яркости.

При подобном диммировании цветовая температура светодиода сохраняется. Для сравнения, в лампах накаливания диммирование сопровождается смещением обычного спектра в сторону желто-оранжево-красного диапазона.

Таким образом, регулировка яркости светодиодной ленты ШИМ-методом (диммированием) является эффективной и выгодной. Именно поэтому такой способ часто применяется при реализации различных дизайнерских проектов.

Регулировка яркости светодиодной ленты при помощи контроллера RGB

Регулировать яркость светодиодного свечения можно путем подключения к каналу контроллера RGB. Мощность этого устройства рассчитана на три сорокаваттных канала. Следовательно, к каждому каналу допустимо подсоединить лишь по одному отрезку светодиодной ленты. Если требуется обеспечить мощность свыше 120 Вт, придется задействовать усилитель или прочие каналы RGB-контроллера.

В случае использования контроллера RGB регулировка яркости светодиодной ленты осуществляется за счет изменения цветовых оттенков в RGB-светодиодах. При изменении общего светового потока на каждом цветовом кристалле на выходе получаются лучи иной яркости.

Схемы подключения

  • RGB контроллером


Самодельная светодиодная лампа снабжена увеличительным стеклом, и предназначена для комфортного мелкого монтажа и разборок с миниатюрными радиодеталями - многие радиолюбители знают, что на некоторых SMD-деталях трудно разглядеть маркировку даже под увеличительным стеклом. Наличие качественно рассеянной подсветки значительно улучшает чтение маркировки, и упрощает визуальный поиск дефектов в электронных приборах. Коротко характеристики лампы:
- напряжение питания 12 вольт постоянного тока, максимальная потребляемая мощность около 6..7 Вт, количество светодиодов - 20 шт.
- встроенный режим автоматической калибровки под напряжение источника питания.
- плавное включение и выключение лампы.
- плавная регулировка яркости от нуля до заранее запрограммированного предела - с помощью ручки энкодера. Метод регулировки мощности - ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
- энергонезависимое запоминание всех параметров лампы и последней установленной яркости.
- встроенное сервисное меню, доступное через подключение по USB. Меню позволяет настраивать рабочие параметры лампы и просматривать её текущее состояние.

Увеличительная линза на штативе, которая в будущем получит подсветку.

На обод линзы по замыслу должны быть установлены светодиоды.


Для изготовления лампы использовались одноваттные светодиоды компании ARL (Arlight), тип OS-1W WarmWhite (75 Lm, 3000K, максимально допустимый ток 0.35 А), цвет свечения - белый теплый. На максимальном токе требуется эффективное охлаждение светодиодов, чтобы не произошло их перегрева свыше 85 градусов Цельсия. Для этого обычно используются специальные радиаторы. Однако я упростил себе задачу - установил светодиоды на простое текстолитовое кольцо, и ограничил максимальный ток до 0.1 А, чем автоматически снималась проблема охлаждения.


Внешний вид одного светодиода. «Толстый» вывод - анод.


Итак, для крепления светодиодов из двухстороннего фольгированного текстолита было вырезано кольцо. На кольце дремелем сделана разводка на 5 секций светодиодов, по 4 светодиода и резистору в каждой секции. Резистор и светодиоды в каждой секции включены последовательно, а все секции - параллельно друг другу, благодаря чему массив из светодиодов оказался рассчитанным на 12 вольт напряжения питания (см. принципиальную схему далее).





На кольцо были припаяны светодиоды и SMD-резисторы. Получилось довольно симпатично.





На обратной стороне кольца дремелем была сделана специальная канавка, разделяющее кольцо меди вдоль - получились две шины питания, которые соединяют 5 секций светодиодов параллельно.





Теплопроводным клеем «Радиал» кольцо было приклеено к ободу линзы. Хотя теплопроводность тут не особенно помогла - обод линзы все равно пластмассовый.







В качестве контроллера и драйвера для управления светодиодами использовалась макетная плата AVR-USB-MEGA16, у которой есть очень удобная возможность обновления программного обеспечения через прошитый в плату USB-бутлоадер. На макетном поле платы был допаян контроллер. Благодаря тому, что на макетной плате было почти все готово, схема получилась очень простая. Допаять нужно было только силовую часть - управление ключевым транзистором, стабилизатор напряжения 5 вольт и RC-цепочку фильтра напряжения с выхода датчика тока.


Вид на готовое смонтированное устройство с обратной и верхней стороны. Силовой транзистор используется без радиатора, так как на нем рассеивается маленькая мощность (он работает в ключевом режиме на частоте порядка 400 Гц).





Написание и отладка программы заняла немного времени, потому что алгоритм работы очень простой, и были использованы готовые куски из других проектов - ledlight, usb-console, encoder.


Консоль управления лампой сделана на основе проекта «USB консоль для управления радиолюбительскими приборами» (см. ссылки ). Правки были сделаны минимальные, и все сразу заработало, отладки не потребовалось.


Краткое описание алгоритма - при включении питания считываются настройки из EEPROM, и лампа зажигается с той яркостью, на которой она была ранее выключена. Вращение ручки энкодера влево плавно уменьшает яркость, вращение вправо - яркость увеличивает. Энкодер также имеет кнопку, нажатие на которую включает и выключает лампу. Включение и выключение происходит с плавным изменением яркости - смотрится довольно красиво. Если при подключении внешнего питания была нажата кнопка энкодера, то все настройки EEPROM сбрасываются, и программа перекалибровывает максимальный предел тока регулирования - основываясь на сопротивлении датчика тока и максимально допустимом токе.

Ток через светодиоды измеряется с помощью встроенного в микроконтроллер АЦП (см. ссылки ). ШИМ для управления мощностью генерируется благодаря встроенному в микроконтроллер узлу PWM (см. ссылки 4).

Провода от лампы были собраны в кембрик, а контроллер был прикреплен к ножке линзы.





В результате получилась удобная лампа, которую можно применять при точном радиомонтаже.





Несмотря на то, что максимальный ток через светодиоды был уменьшен в три раза (с целью защиты от перегрева), лампа получилась очень яркой.

[Что можно улучшить в конструкции лампы ]

1 . Для светодиодов можно использовать радиатор. Это позволит в 2..3 раза уменьшить количество используемых светодиодов при той же яркости лампы.
2 . Для светодиодов нужен какой-нибудь светорассеиватель, потому что каждый светодиод по отдельности светится очень ярко, что некомфортно для глаза - даже если смотреть на светодиод сбоку.
3 . Можно точнее подобрать сопротивление датчика тока, чтобы падение напряжения на нем лучше подходило к интервалу опорного напряжения - это позволит повысить точность измерения тока. Для низкоомных датчиков тока (1 Ом и менее) можно включить АЦП в режим дифференциального входа с коэффициентом умножения X10.
4 . Для сглаживания пульсаций тока через светодиоды увеличить частоту ШИМ и поставить последовательно с ними дроссель (так делается в схемах с аппаратным драйвером). Эта доработка позволит увеличить максимально допустимое напряжение питания схемы (сейчас оно 12 вольт). Еще один канал АЦП можно использовать для измерения напряжения питания светодиодов - это позволит автоматически стабилизировать ток через светодиоды при изменении напряжения питания.

1 . AVR-USB-MEGA16: контроллер/драйвер светодиодов с регулировкой яркости свечения.

Светодиоды больше и больше входят в нашу повседневную жизнь. Мы меняем лампы накаливания в квартире или доме, галогенные в машине на светодиодные. Для того чтобы регулировать яркость лампочки Эддисона обычно применяют диммер - эта такая штука с помощью которой можно ограничивать переменный ток, тем самым меняя яркость свечения на нужную вам, зачем же платить больше, да еще и чувствовать дискомфорт из-за чрезмерно яркого света? Регулятор мощности вообще может использоваться для многих потребителей (паяльник, болгарка, пылесос, дрель...) от переменного напряжения сети, построены они, как правило, на основе симистора.

Светодиоды питаются от постоянного и стабилизированного тока, так что тут применить стандартный диммер не удастся. Если просто изменять напряжение, подаваемое на него то яркость будет изменяться очень резко, для них важен ток, но вместо регулятора тока мы сделаем нечто другое, а именно ШИМ (Широко Импульсный Модулятор), он будет на некоторое определенное время отключать источник питания от светодиода, яркость уменьшится, но мигание замечать мы не будем, так как частота такая, что глаз человека этого не заметит. Тут не используетсямикроконтроллеры, ведь их наличие может стать препятствием к сборке устройства, нужно иметь программатор, определенное программное обеспечение... Поэтому в этой простой схеме используется только простые и общедоступные радиокомпоненты.

Вот такую штуку возможно использовать для любых инерционных нагрузок, то есть тех, которые могут запасать энергию, ведь, если, к примеру, отключить DC моторчик от источника питания то вращаться он перестанет никак не моментально.

Схему, как я считаю, условно можно разделить на две части, а именно это генератор, выполненный на мега-популярном таймере NE555 (аналог -КР1006ВИ1) и мощный открывающийся/закрывающийся транзистор, с помощью которого подается питание для нагрузки (здесь 555 работает в режиме астабильного мультивибратора). У нас используется мощный биполярный транзистор NPNструктуры (я взял TIP122), но возможно заменить его полевым (MOSFET)транзистором. Частота импульсного генератора, период, длительность импульса при этом выставляется двумя резисторами (R3,R2) и конденсаторами (C1,C2), а изменять ее мы сможем резистором с регулировкой сопротивления.

Компоненты-схемы

Существует куча программ для расчета аналогового таймера 555, можете поэкспериментировать с номиналами компонентов, которые и влияют на частоту генератора - это все легко просчитается с помощью многих программ, таких как эта. Номиналы можно немного менять, все будет работать и так. Импульсные диоды 4148 без проблем заменяются отечественными КД222. Конденсаторы 0,1 мкФ и 0,01 мкФ дисковые керамические. Переменным резистором устанавливаем частоту, для хорошей и плавной регулировки его максимальное сопротивление 50 кОм.

Все собрано на дискретных элементах, плата имеет размеры 50-25 мм.

Как работает схема?

Устройство работает как переключатель между двумя режимами: ток подается на нагрузку и ток не подается на нагрузку . Переключение происходит настолько быстро что наши глаза не видят этого мигания. Так вот, это устройство регулирует мощность путем изменения интервала между временем, когда питание подается и когда оно отключено.Думаю, вы поняли суть ШИМа. Вот так вот это выглядит на экране осциллографа.

Первая картинка отображает слабое свечение, потому что во время периода Tдлинна импульса t1 занимает только 20% (это так называемый коэффициент заполнения), а все остальные 80% у нас наблюдается логический 0 (отсутствует напряжение).

Вторая картинка показывает нам сигнал, который называется меандр, тогда у нас t1=0.5*T, то бишь скважность и Коэф. Заполнения равны 50%.

В третьем случае мы имеем D=90%. Светодиод светит почти на полную яркость.

Представим что T=1 секунде, тогда в первом случае

§ 1)в течении 0,2с будет идти ток на светодиод, а 0,8с нет

§ 2)0,5с подается ток 0,5с нет

Кстати, сделав три платки ШИМ регуляторов по схеме и подключив их к одной RGB ленте появляется возможность выставлять нужную гамму свечения. Каждая из плат управляет своими светодиодами (красными, зелеными и синими) и смешивая их в определенной последовательности вы добиваетесь нужного свечения.

Какие же потери энергии у этого устройства?

Во-первых, это жалкие несколько миллиампер, которые потребляют импульсный генератор на микросхеме, а далее идет силовой транзистор, на котором рассеивается мощность равная примерно P=0.6V*I потреблениянагрузки . Базовым резистором можно пренебречь. В целом потере на ШИМе минимальны ведь система регулирования по ширине импульса очень эффективна, так как в пустую тратится очень мало энергии (и, следовательно, выделяется мало тепла).

Итог

В итоге мы получили прекрасный и простой ШИМ. Им оказалось очень удобно настраивать для себя приятную силу свечения. Такое устройство всегда пригодится в быту.

  • Вперёд >