Светодиодный светильник с регулировкой яркости
Как быстро летит время и как медленно меняется мир вокруг нас… А если быть точнее, то «…как медленно свершаются дела»… Почти полтора года прошло, как собрался сделать небольшой светильник для подсветки клавиатуры и околоприлегающих поверхностей стола, уже и эксперименты с выбором нужного уровня освещённости были проведены, и кусок светодиодной ленты давно лежит и пылится (рис.1), и даже конструкция «вчерне» продумана, но что-то всё же сдерживало и мешало приступить к реализации. И очень не хотелось использовать сетевой блок питания. А так как мощности с USB разъёма слишком мало для комфортной работы, то единственный простой путь – поставить на задней стенке системника отдельный разъём и подать на него 12 вольт с блока питания компьютера. В общем-то, ничего сложного, но всё же до сегодняшнего времени никак не мог собраться и сдвинуть дело с мёртвой точки.
Рис.1
А тут осенило – надо привнести какую-нибудь радиолюбительскую задумку и всё пойдёт само собой. Ну, понятно же, что если в конструкции нет ничего, что надо паять и настраивать, то это скучно, пресно и неинтересно. Осталось придумать, что нужно светильнику для работы… Да, вроде, ничего кроме питания. Придётся что-то с ним делать. А что? Можно, к примеру, преобразователь DC-DC соорудить, можно регулировку напряжения для выставления нужного уровня освещённости. Преобразователь собирать – совсем уже бестолково, да и хватит умножать помехи в эфире, а вот регулировку напряжения питания – это уже что-то. Да и «изюминка» появляется – раз питание ленты 12 вольт и питание в компьютере тоже 12 вольт, то схему надо собрать так, чтобы для сохранения максимально возможной яркости свечения светодиодов, на регулирующем элементе было минимально возможное падение напряжения. Раз входное напряжение достаточно стабильное, то делать стабилизацию выходного смысла нет .
Для снижения напряжения потерь на регулирующем элементе была выбрана схема с применением p – n – p-транзистора (VT2 на рисунке 2) [1]. В таком включении потери не превышают 0,1…0,3 В при достаточно большом выходном токе. Регулировка выходного напряжения осуществляется резистором R5, изменяющим в небольших пределах напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора VT1, который от этого меняет своё выходное сопротивление (выходной коллекторный ток) и это в свою очередь вызывает изменение база-эмиттерного напряжения на транзисторе VT2 и изменение его выходного сопротивления. Соответственно, регулировка происходит за счёт перераспределения напряжений (на транзисторе и на нагрузке).
Рис.2
Сначала для стабилизации напряжения открывания для транзистора VT1 использовался один стабилитрон КС133А, но при проверке схемы «по месту» было замечено изменение уровня освещённости в моменты запуска DVD-привода. Оказалось, что в эти моменты происходит небольшая и короткая просадка напряжения +12 В, а соответственно, и небольшое изменение уровня напряжения стабилизации. Но всё равно заметно, особенно в режиме максимального свечения светодиодов. Установка параллельно стабилитрону электролитического конденсатора большой ёмкости немного улучшала работу, но лучше оказалось установить ещё один предварительный каскад на стабилитроне VD1. Фильтр низких частот, собранный на элементах R1C1 стоит также для снижения пульсаций напряжения питания и хоть на резисторе происходит дополнительное падение напряжения, но всё же «плюсов» от его установки больше, чем «минусов».
Понятно, что при наличии большого количества разных стабилитронов можно позволить себе устанавливать два последовательных звена стабилизации, но у меня их не очень много, а зато есть элементы TL431 – регулируемые прецизионные шунтовые регуляторы, как называются они в даташите. Вот на одном из них и была собрана окончательная схема (рис.3).
Рис.3
Принцип работы точно такой же, что и у схемы на рисунке 2. Образцовое напряжение 2,5 В поступает на делитель R3R4R5R6. Резистор R4 – переменный и плавное изменение его сопротивления от минимума к максимуму приводит к плавному повышению напряжения 0148 на базе транзистора VT1 с 0,6 В до 0,7 В (примерно). Это заставляет его приоткрываться и напряжение на базе VT2 уменьшается 11,9 В до 11,23 В. И это, опять же, плавно переводит VT2 из состояния «почти закрытый» в состояние «почти полностью открытый». В последнем случае общие потери напряжения на резисторе R1 и транзисторе VT2 не превышают 0,27 В при токе в нагрузке около 0,11…0,12 А.
Настройка схемы заключается в проверке напряжения +2,5 В на стабилитроне VD1 и подборе сопротивления резистора R5 для обеспечения изменения выходного напряжения в необходимых пределах (например, от 0,1 В до 11,8 В).
Печатная плата (рис.4) размерами 40х40 мм разведена под обыкновенные выводные элементы. Постоянные резисторы – МЛТ 0,25 Вт и 0,5 Вт, переменный – SH-R115SR с шагом выводов 3,75 мм. Резисторы R5 и R6 при пайке можно поменять местами для удобства настройки. На рисунке показан вид на плату со стороны печати, т.е. при её изготовлении «лазерно-утюжным методом», нужно включать функцию «зеркально».
Рис.4
В компьютере на задней стенке установлен дополнительный разъём питания марки СР-50 (гнездо). В качестве шнура питания, подающего напряжение на плату, используется коаксиальный кабель РК-75-2 с разъёмом СР-50 (штекер) на одном конце. Другой конец кабеля впаян напрямую в печатную плату.
Теперь о конструктивном исполнении самого светильника. Сначала в качестве отражателя и держателя светодиодной ленты хотел применить подходящий по габаритам отрезок строительного металлического П-образного профиля, но он выглядит грубо и требует покраски. Затем попробовал использовать одну «половинку» от пластикового короба для прокладки кабеля («кабельканал»). Тоже как-то «не камильфо», но смотрится уже намного лучше. Походив по магазинам, остановил свой выбор на водопроводной металлопластиковой трубе диаметром 20 мм. Разрезал вдоль отрезок нужной длины и использовал ту половинку, что без маркировок. Сначала думал закрепить светильник на жёсткой стойке на клавиатуре, но потом решил, что нужно иметь некоторую свободу для его перемещения, поэтому сделал длинный гибкий пружинный держатель из стальной проволоки диаметром 1,5 мм. Но потом заменил её на медную диаметром 2,2 мм , так как стальная была слишком жёсткой для манипуляций.
Процесс в фотографиях. На рисунке 5 приготовленные заготовки – 17 см светодиодной ленты и кусок пластиковой водопроводной трубы длиной 23 см.
Рис.5
На рисунке 6 видно начало разреза трубы ножовкой по металлу.
Рис.6
Распил сделал почти до самого края — оставил не тронутыми около 2-3 см. Эти сантиметры нужны для того, чтобы сделать «ушко», к которому будет прикручена проволока – держатель светильника. Прорезал оставшееся расстояние ножницами по металлу (рис.7).
Рис.7
«Ушко» немного отогнул и просверлил в нём отверстие диаметром 4,5 мм (рис.8). Затем всё это аккуратно обработал ножницами, ножом, напильниками и наждачной бумагой до приобретения приемлемого вида.
Рис.8
К «ушку» прикрутил медную проволоку нужной длины (рис.9).
Рис.9
Провода, подводящие питание, припаяны к пластине из фольгированного текстолита. А потом уже от неё протянуты проводники к контактам «плюс» и «минус» ленты. На рисунке 10 видно, что проводов не 2, а 4 – это просто взято с запасом – мало ли что, может какое управление или контроль чего-либо захочется сделать, пусть будут… Кстати, проволоку тоже можно использовать как проводник…
Рис.10
Хоть светодиодная лента и имеет клеевую основу для крепления к поверхностям, но маленький радиус изгиба трубы никак не даёт ей нормально прикрепиться, поэтому лента в нескольких местах приклеена термоклеем (рис.11).
Рис.11
Печатная плата была закреплена в подходящем корпусе (от УКВ блока какого-то приёмника) и прикручена к куску ДСП (рис.12), который в свою очередь прикручен к вертикальной стенке стеллажа.
Рис.12
Пока ещё есть небольшие недоделки — ДСП не покрашена и проволочный держатель не обтянут белой термоусадочной трубкой, но всё уже работает и при вечерних сумерках за окном выглядит примерно как на рисунке 13. Это при средней яркости свечения светильника — запас по напряжению есть ещё большой.
Рис.13
Литература.
1. Титце У., Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника». Москва, изд. «Мир», 1982 год.
Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, май 2015
Источник
Схема диммера для светодиодных ламп на 220В
Регулировать яркость освещения в комнате, где установлена люстра с несколькими лампами накаливания, не представляет труда. Берем выключатель на несколько кнопок и при необходимости включаем либо выключаем часть ламп.
Даже если люстра рассчитана на одну лампу, ее яркость можно изменять в широких пределах увеличивая либо уменьшая подаваемое напряжение. Светодиод работает в очень узком диапазоне напряжения и при его снижении просто гаснет.
Для изменения яркости светодиодных ламп используют диммер, представляющий собой ШИМ-контроллер (контроллер с широтно-импульсной модуляцией мощности).
Принцип широтно-полюсной модуляции (ШИМ)
Изменения мощности питающего напряжения при применении шим-контроллера обеспечивается благодаря подаче на коммутирующий элемент (в случае со светодиодами – полевой транзистор, симистор либо динистор) сигналов с изменяющейся скважностью.
S=T/T1, где Т – период импульсов, Т1 – период положительного фронта.
В ШИМ-контроллере импульсы следуют с постоянной частотой, изменяется лишь длительность пауз.
Ниже представлена принципиальная схема ШИМ-контроллера:
Увеличение ширины импульса увеличивает время поступления тока через транзистор к нагрузке, следовательно, и пропускаемый ток. Частота следования импульса значительно выше той, которую способен уловить глаз, обычно 100-200Гц, потому мерцания светодиодов мы не ощущаем. Преимущество регуляторов нагрузки на основе ШИМ-контроллеров, значительно более высокий КПД сравнительно с резистивными, поскольку избыточная нагрузка гасится, а не потребляется.
Подключение диммера в схему питания светодиодной лампы
Существует два варианта подключения:
- Схема подключения перед драйвером питания, когда диммируется переменное напряжение;
- Подключение после драйвера питания, с ШИМ-регуляцией постоянного напряжения.
Промышленные варианты диммеров для светодиодных ламп
Тип управления диммером:
Диммер, монтируемый вместо выключателя, с пультом дистанционного управления. Обычно устанавливаются при переоборудовании обыкновенного освещения лампами накаливания на светодиодные ленты.
Диммер, устанавливаемый перед драйвером питания светодиодов на дистанционном управлении с инфракрасным управлением.
Образец с управлением через радиоканал. В отличие от инфракрасного передатчика, такой пульт способен включить освещение даже с улицы.
Выпускают образцы с механическим либо сенсорным управлением. Есть даже модели, позволяющие управлять освещением с помощью смартфона через WiFi.
Основной недостаток всех устройств – достаточно высокая цена.
Если у вас нет желания переплачивать за ненужные функции, изготовить диммер для светодиодных ламп 220в своими руками совсем не сложно.
Собираем диммер своими руками
Схема на симисторах:
В этой схеме задающий генератор построен на двух симисторах, триаке VS1 и диаке VS2. После включения схемы конденсаторы начинают заряжаться через резисторную цепочку. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения открытия симистора, через них начинает течь ток, а конденсатор разряжается. Чем меньше сопротивление резистора, тем быстрее заряжается конденсатор, тем меньше скважнось импульсов.
Изменение сопротивления переменного резистора регулирует глубину стробирования в широком диапазоне. Такую схему можно использовать не только для светодиодов, но и для любой сетевой нагрузки.
Подключение диммера в качестве выключателя
Схема подключения к сети переменного тока:
Диммер на микросхеме N555
Микросхема N555 представляет собой аналогово-цифровой таймер. Важнейшее ее преимущество – способность работать в большом диапазоне питающего напряжения. Обыкновенные микросхемы с TTL логикой работают от 5В, а логическая единица у них – 2,4В. КМОП серии более высоковольтные.
Но схема генератора с возможностью изменения скважности получается достаточно громоздкая. Так же у микросхем со стандартной логикой повышение частоты уменьшает напряжение выходного сигнала, что не даёт возможность коммутировать мощные полевые транзисторы и подходит лишь для небольших по мощности нагрузок.
Таймер на микросхеме N555 идеально подходит для шим-контроллеров, поскольку одновременно позволяет регулировать и частоту, и скважность импульсов. Напряжение на выходе составляет около 70% напряжения питания, за счёт чего ей можно управлять даже мосфетовскими полевыми транзисторами с током до 9А. При крайне низкой стоимости используемых деталей затраты на сборку составят 40-50 рублей.
А эта схема позволит управлять нагрузкой на 220В с мощностью до 30 Вт:
Микросхему ICEA2A после небольшой доработки можно безболезненно заменить менее дефицитной N555. Затруднение может вызвать необходимость самостоятельной намотки трансформатора. Мотать обмотки можно на обычном Ш-образном каркасе от старого перегоревшего трансформатора на 50-100Вт. Первая обмотка — 100 витков эмалированного провода диаметр 0.224мм. Вторая обмотка — 34 витка проводом 0.75мм (площадь сечения допустимо уменьшить до 0.5мм), третья обмотка – 8 витков проводом 0.224 – 0.3мм.
Диммер на тиристорах и динисторах
Светодиодный диммер 220В с нагрузкой до 2А:
Это двухмостовая полуволновая схема состоит их двух зеркальных каскадов. Каждая полуволна напряжения проходит через свою цепочку тиристор-динистор. Глубина скважности регулируется переменным резистором и конденсатором.
При достижении определённого заряда на конденсаторе он открывает динистор, через который течёт ток на управляющий тиристор. При смене полярности полуволны процесс повторяется во второй цепочке.
Диммер для светодиодной ленты
Схема диммера для светодиодной ленты на интегральном стабилизаторе серии КРЕН.
В классической схеме подключения стабилизатора напряжения, значение стабилизации задается резистором, подключённым к управляющему входу. Добавление в схему конденсатора С2 и переменного резистора превращает стабилизатор в некое подобие компаратора.
Преимущество схемы в том, что она совмещает сразу и драйвер питания и диммер, поэтому подключение не требует дополнительных цепей. Недостаток – при большом количестве светодиодов на стабилизаторе будет значительное тепловыделение, что требует установки мощного радиатора.
Как подключить диммер к светодиодной ленте зависит от задач диммирования. Подключение перед драйвером питания светодиодов позволит регулировать только общую освещённость, а если собрать несколько диммеров для светодиода своими руками и установить их на каждый участок светодиодной ленты уже после блока питания, появится возможность регулировать зональное освещение.
«Диммер» с фиксированным уровнем яркости
Номинал резисторов 100-500 кОм, мощность 1-2 Вт.
Это даже не димер, поскольку ШИМ контроллера тут и близко нет. Но идеально подойдет для тех, кто взял первый раз в руки паяльник.
Источник