Как сделать переключение светодиодов

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.10.2024

Уже 100500 раз говорено-переговорено об этом вопросе и всё равно постоянно возникают тупейшие темы по управлению светодиодами. "Юные дарования" почему-то считают, что раз светится - значит, это "лампа" накаливания. Уже и FAQов куча понаписано, и в Интернете море информации - а воз и ныне там.

Повторяю 100501-й раз: СВЕТОДИОДЫ - НЕ ЛАМПОЧКИ . и требуют к себе совершенно иного подхода.

Для начала давайте повторим, в общем-то, известные сведения о лампах накаливания. Их спираль, выполненная из тугоплавкого вольфрама, представляет собой чисто омическое сопротивление. По закону дедушки Ома (I = U / R) сила тока, проходящего через спираль, прямо пропорциональна приложенному к ней напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению спирали. Поскольку у вольфрама температурный коэффициент сопротивления достаточно велик, то при раскаливании (свечении) спирали, ее сопротивление существенно (не менее, чем в десяток раз) увеличивается. В итоге зависимость тока, протекающего через спираль от приложенного к ней напряжения нелинейна. Это позволяет питать лампы, расчитанные, скажем, на 220 В, и 240 вольтами, не особо беспокоясь за их "здоровье". Тем более, что такие колебания напряжения (+\- 10%) считаются допустимыми для сети 220 В. Кстати, в сети бывают единичные всплески напряжения (от молний и других причин), намного больше указанных 10%. Иногда от них лампы перегорают, но в большей части случаев остаются "живыми").

Зачем я всё это расписываю - будет изложено позже. Теперь о вольт-амперной характеристике (ВАХ) светодиодов. На рисунке представлена ВАХ красного светодиода.

Для светодиодов другого цвета она будет точно такой же, только сдвинутой вправо.

А теперь сравните ее с ВАХ стабилитрона. Только нужно учесть, что "рабочим" диапазоном для стабилитрона является область обратной ветви (расположенной в левом нижнем квадранте графика).

Иными словами, ВАХ светодиода (СветоИзлучающего диода = СИД или по английски Light Emitting Diode = LED) практически повторяет ВАХ стабилитрона. Разве что имеет немного больший наклон. Получается, что если прикладывать к СИД (в данном случае - красному) какое-то напряжение, то до значения 1,7. 1,8 В он светиться вообще не будет. При увеличении его до 2 В яркость свечения будет номинальной (при номинальном токе = 20 мА). А при увеличении его всего-навсего еще на 0,05 В он тупо сгорит, т.к. ток превысит максимально допустимый. А это составляет ВСЕГО ЛИШЬ 2,5%. Кроме того, данный график является усредненным. Для каждого конкретного СИД он может сдвигаться вправо или влево по оси "Х" (напряжений). Т.е., если задать на СИД напряжение 2 В, то одни при нем будут светиться "вполнакала", а другие - могут и сгореть вследствие превышения через них допустимого тока. "Дядюшки Ляо", соединяя СИД в своих дешевых фонариках параллельно, просто ставят их из одной партии, поэтому и параметры ВАХ для использованных СИД оказываются очень близкими. Да еще и плавность наклона "рабочей" ветви позволяет худо-бедно согласовать протекающие через них токи.

Из изложенного следует, что даже если запитать СИД жестко стабилизированным напряжением, всё равно придется либо его подстраивать под конкретные экземпляры, либо мириться или со снижением светоотдачи, или с укорочением времени работоспособности. Этот путь приемлем для тех, кто желает делать "по-китайски". Но мы-то пойдем "взрослым" путем! Он заключается в том, чтобы задать светодиоду(ам) оптимальный для него (них) ТОК. При этом нам будет глубоко начхать на то, какое на СИД упадет напряжение. Оно будет таким, каким позволит быть их ВАХ. Для красных и желтых СИД - примерно 2 В. Для зеленых и синих (и белых тоже!) - примерно 3 В. Указанные значения примерные, и будут несколько различаться для СИД различных производителей (технологий изготовления). Для нас это пока непринципиально.

Наиболее простой путь ограничения тока через СИД - поставить последовательно с ним токоограничительный резистор. Такой способ широко применяется в светодиодных лентах, где они включены последовательно с цепочками из трех (как правило) включенных также последовательно СИД.

Просто, но стрёмно. Давайте рассмотрим одну такую цепочку.

Пускай СИД будут белого цвета. На них упадет 3 х 3 = 9 В. На токоограничительном резисторе - 3 В. Для тока через цепочку 20 мА при номинальном напряжении питания = 12 В, его сопротивление должно составлять 150 Ом. А что будет, если мы поставим такую ленту в авто, где напряжение в сети (приблизительно!) будет колебаться от 13,5. 14 В (летом при заведенном двигателе) до 11. 12 В (зимой, при остановленном двигателе)? На СИДах останется то же падение напряжения = 9 В, а вот на резисторе упадет уже не 3, а 5 В! Следовательно, ток через цепочку возрастет на 67% (до 33 мА). Что для СИДов - "смерти подобно", т.к. приближается к границе максимально допустимого значения. При снижении напряжения светимость СИДов будет стремительно падать. Тоже плохо.

Еще хуже ситуация сложится, если попытаться запитать такую ленту от просто выпрямленного диодным мостом переменного напряжения с 12-вольтового трансформатора. Нужно учесть, что 12 В - это среднее действующее значение переменного тока. Максимальное амплитудное будет в корень из двух (примерно 1,4 раза) больше. Даже если исключить 1,4 В падения на диодах моста, всё равно получится 15,4 В. А значит, в пике ток через цепочку составит 42 мА! Уже больше, чем допустимо. СИДам будет явный гаплык.

Большинство "юных дарований" (и не очень юных), пытаются исключить такую ситуацию, стабилизируя напряжение питания. Однако, импульсные стабилизаторы для них оказываются слишком сложные в повторении, а линейные 3-выводные интегральные стабилизаторы (7812) требуют входного напряжения минимум на 2 В больше, чем стабильное выходное. Т.е., при 14 В на выходе будет нужные 12 В, а при 12 В - всего 10 В, что дает всего 6. 7 мА тока через цепочку.

Вот теперь переходим к главному вопросу, ради которого и затевалась вся эта писанина. Какими же средствами можно застабилизировать ток через светодиоды? Желательно - максимально простыми, доступными даже начинающим (несмотря на то, что я неоднократно повторял: "Простота - хуже воровства!"). Однако, еще раз повторю старую и банальную истину: ничего универсального не бывает! Схемотехническое решение обязательно должно адаптироваться под ставящуюся задачу. Поэтому в последующем будет рассматривать два задачи: а) световые эффекты в авто и б) выходной каскад светодиодной светомузыки.

Рассмотрим простейший транзисторный стабилизатор тока.

Для применения такой схемы в авто, где обшей шиной является кузов, придется использовать транзисторы p-n-p проводимости ("А"). Базовое опорное напряжение в этом случае отсчитывается от шины питания.

Работа такой схемы ("Б"), обеспечивающей плавное зажигание и гашение СИДов при открывании двери (контакт SA1), показана на ролике.

Данная параметрическая схема, с "аналоговым" управлением, вполне достаточна для применений, не требующих особо стабильного тока, а именно, для авто. Теперь давайте рассмотрим схему источника более стабильного тока а также роль токоограничительных резисторов, встроенных в светодиодную ленту. Правда, должен отметить, что эта схема позволяет регулировать ток только изменением номинала эмиттерного (истокового) резистора, независимо от уровня напряжения, поступающего на управляющий вход ("цифровое" управление). Во всех примерах применены цепочки белых СИДов с падением напряжения на каждом из них по 3 В.

В простейшем варианте ("А") собственно стабилизатор тока выполнен на регулирующем транзисторе VT2. Напряжение на его базе при наличии управляющего напряжения на входе (левый вывод резистора задается таким, чтобы на его эмиттерном резисторе создавалось падение напряжения, равное 0,7 В, которое приоткрывает дополнительный транзистор VT1, между коллектором и эмиттером которого поддерживается напряжение, обеспечивающее нужный уровень приоткрывания транзистора VT2.

Рассмотрим "бюджет" напряжений в цепочке поддержания стабильного тока через СИДы. На них падает 9 в, на эмиттерном резисторе - 0,7 В и все остальное напряжение (2,3 В) - на регулирующем транзисторе VT2. Т.о., при изменении питающего напряжения (скажем, от 10 В и больше), всё "лишнее" напряжение всё равно упадет между коллектором и эмиттером VT2, а ток в цепи останется на том же уровне.

Если же коммутируется светодиодная лента ("Б"), со встроенными токоограничительными резисторами, то видно, что на них вместо 3 В упадет всего 1,8 В. Это обусловлено наличием т.н. "напряжения насыщения" между коллектором и эмиттером регулирующего транзистора, которое, к сожалению, невозможно "объехать на кривой козе", а значит, максимальной светимости ленты добиться тоже не удастся. Выходом из этой ситуации может быть применение в качестве регулирующего низковольтного полевого транзистора ("В"), имеющего (в отличие от высоковольтных), как правило, очень малое сопротивление канала, в пределах десятка мОм. Падение напряжения на таком малом сопротивлении составляет всего несколько десятков мВ, чем можно пренебречь. При питающем напряжении уже 13 В ("Г") такой стабилизатор обеспечивает номинальный ток.

А что делать, если необходимо всё-таки регулировать яркость СИДов? Да очень просто: применить Широтно-Импульсную Модуляцию (ШИМ) входного напряжения. Т.е., на вход подать либо постоянное входное напряжение (тогда яркость будет максимальной), либо импульсную последовательность с частотой более 400. 500 Гц (для исключения стробоскопического эффекта) и изменяющейся скважностью (отношение длительности периода между входными импульсами к длительности этого входного импульса). Чем короче входные импульсы, тем меньше яркость свечения СИДов.

При этом, в отличие от ламп накаливания, яркость свечения СИДов будет прямо пропорциональной среднему протекающему через них току. При том, что максимальный ток не будет превышать номинального значения.

Подобным образом можно организовать режим индикации габаритов и стоп-сигнала одними и теми же СИДами красного свечения. Схема генератора ШИМ выходит за рамки данной "статьи" и поэтому здесь не обсуждается. Да хоть банальнейший классический транзисторный мультивибратор! На говоря уже о таймере.

Ну, и наконец, перейдем к светомузыке. Я просто долго и нудно ржу, когда вижу схемы, в которых СИДы питаются каскадами, построенными на транзисторах с общим эмиттером (истоком). Например, вот такую:

Ведь совершенно очевидно (по крайней мере для меня), что это никаким образом не светомузыка, с плавным режимом свечения СИДов, а просто тупая "мигалка". Три последовательно включенных каскада с ОЭ-ОЭ-ОИ обеспечат режим либо полной отсечки, либо полного насыщения полевого транзистора.

Для данного применения описанные выше схемы, конечно, возможно применить, но коль в исходную схему уже понапихано столько ОУ, то еще 3. 4 к существенному усложнению не приведут, а качество работы повысят существенно. Ничего нового по схеме генератора тока на ОУ не скажу, поскольку она известна давным-давно.

Принцип ее работы очень похож на описанный выше для двухтранзисторной схемы. ОУ поддерживает падение напряжения на резисторе R2 (а следовательно и ток через него) таким же, как и входное напряжение на неинвертирующем входе. Номинал резистора R2 можно выбрать достаточно малым, чтобы падение напряжения составляло всего 0,1. 0,2 В, что позволит спокойно применять светодиодные ленты при практически полной яркости их свечения. Ну, а заодно и применить прецизионные выпрямители на ОУ: http://www.gaw.ru/ht. /funop_13_2.htm . ОУ для данного применения целесообразно применить LM358/LM324. На схеме показано, как лучше "заглушить" неиспользуемый ОУ из одного корпуса LM358 (DA1.1).

В этой схеме нас совершенно не волнует, какое напряжение будет на затворе полевого транзистора - это "личное дело" ОУ. Главное, чтобы на истоковом резисторе поддерживалось нужное падение напряжения. Кроме того, СИДы можно питать НЕстабилизированным напряжением, прямо с выхода выпрямительного моста с конденсаторным фильтром, а стабилизировать только напряжение питания ОУ. Это существенно снизит токовую нагрузку на стабилизатор напряжения питания. А для схемы стабилизатора тока такой режим - сугубо фиолетовый.

А теперь крепче держитесь за стул! В журнале "Радиолоцман" № 12 за 2015 год, на стр.15-16 описаны "новые" микросхемные стабилизаторы тока для светодиодов BCR420U/BCR421U фирмы "Infineon". Вниманию знатоков, их внутренняя схема.

Схема из журнала "Радиомир", 2014, № 11, С.26:

Дополнительный диод - германиевый или Шоттки. Схема позволяет существенно (в 2. 3 раза) уменьшить падение напряжения на эмиттерном токоизмерительном шунте.

Вот, собственно, и всё, что хотелось бы изложить по этому вопросу. Может быть, что-то запамятовал - так на то и существуют уточняющие вопросы.

Помимо чисто декоративной функции, например, подсветки автосалона, применение плавного включения, или розжига, имеет основательное практическое значение для светодиодов – существенное продление срока службы. Поэтому рассмотрим, как сделать своими руками устройство для решения такой задачи, стоит ли вообще самостоятельно его мастерить или лучше купить готовое, что для этого потребуется, а также какие варианты схем при этом доступны для любительского изготовления.

Покупать или делать самому

Первейший вопрос, возникающий при необходимости включения в схему модуля плавного розжига светодиодов, это сделать ли его самостоятельно или купить. Естественно, легче приобрести готовый блок с заданными параметрами. Однако у такого способа решения задачи есть один серьезный минус – цена. При изготовлении своими руками себестоимость такого приспособления снизится в несколько раз. Кроме того, процесс сборки не займет много времени. К тому же, существуют проверенные варианты устройства – остается лишь обзавестись нужными компонентами и оборудованием и правильно, в соответствии с инструкцией их соединить.

Обратите внимание! Лэд-освещение находит широкое применение в автомобилях. Например, это могут быть дневные ходовые огни и внутренняя подсветка. Включение блока плавного розжига для светодиодных ламп позволяет в первом случае существенно продлить срок эксплуатации оптики, а во втором – предотвратить ослепление водителя и пассажиров резким включением лампочки в салоне, что делает подсветительную систему более визуально комфортной.

Что нужно

Чтобы грамотно собрать модуль плавного розжига для светодиодов, потребуется набор следующих инструментов и материалов:

Паяльная станция и комплект расходников (припой, флюс и проч.).
Фрагмент текстолитового листа для создания платы.
Корпус для размещения компонентов.
Необходимые полупроводниковые элементы – транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды, лед-кристаллы.

Однако прежде чем приступить к самостоятельному изготовлению блока плавного пуска/затухания для светодиодов, необходимо ознакомиться с принципом его работы.

На изображении представлена схема простейшей модели устройства:

В ней три рабочих элемента:

Резистор (R).
Конденсаторный модуль (C).
Светодиод (HL).

Резисторно-конденсаторная цепь, основанная на принципе RC-задержки, по сути и управляет параметрами розжига. Так, чем больше значение сопротивления и емкости, тем дольше период или более плавно происходит включение лед-элемента, и наоборот.

Рекомендация! В настоящий момент времени разработано огромное количество схем блоков плавного розжига для светодиодов на 12В. Все они различаются по характерному набору плюсов, минусов, уровню сложности и качеству. Самостоятельно изготавливать устройства с пространными платами на дорогостоящих компонентах нет резона. Проще всего сделать модуль на одном транзисторе с малой обвязкой, достаточный для замедленного включения и выключения лед-лампочки.

Схемы плавного включения и выключения светодиодов

Существует два популярных и доступных для самостоятельного изготовления варианта схем плавного розжига для светодиодов:

Простейшая.
С функцией установки периода пуска.

Рассмотрим, из каких элементов они состоят, каков алгоритм их работы и главные особенности.

Простая схема плавного включения выключения светодиодов

Только на первый взгляд схема плавного розжига, представленная ниже, может показаться упрощенной. В действительности она весьма надежна, недорога и отличается множеством преимуществ.

В ее основе лежат следующие комплектующие:

IRF540 – транзистор полевого типа (VT1).
Емкостный конденсатор на 220 мФ, номиналом на 16 вольт (C1).
Цепочка резисторов на 12, 22 и 40 килоОм (R1, R2, R3).
Led-кристалл.

Устройство работает от источника питания постоянного тока на 12 В по следующему принципу:

При запитывании цепи через блок R2 начинает течь ток.
Благодаря этому элемент C1 постепенно заряжается (повышается номинал емкости), что в свою очередь способствует медленному открыванию модуля VT.
Увеличивающийся потенциал на выводе 1 (затворе полевика) провоцирует похождение тока через R1, что способствует постепенному открыванию вывода 2 (стока VT).
Как результат, ток переходит на исток полевого блока и на нагрузку и обеспечивает плавный розжиг светодиода.

Основным элементом в системе плавного розжига для светодиодов является транзистор MOSFET IRF540 полевого n-канального типа (как вариант можно использовать российскую модель КП540).

Остальные компоненты относятся к обвязке и имеют второстепенное значение. Поэтому нелишним будет привести здесь его основные параметры:

Сила тока стока – в пределах 23А.
Значение полярности – n.
Номинал напряжения сток-исток – 100В.

Важно! Ввиду того, что быстрота розжига и затухания светодиода полностью зависит от величины сопротивления R3, можно подобрать необходимое его значение для задания определенного времени плавного пуска и выключения лед-лампочки. При этом правило выбора простое – чем выше сопротивление, тем дольше зажигание, и наоборот.

Доработанный вариант с возможностью настройки времени

Нередко возникает необходимость изменения периода плавного розжига светодиодов. Рассмотренная выше схема не дает такой возможности. Поэтому в нее нужно внедрить еще два полупроводниковых компонента – R4 и R5. С их помощью можно задавать параметры сопротивления и тем самым контролировать скорость зажигания диодов.

Приведенные выше версии схем предполагают управление по плюсу, однако в некоторых ситуациях требуется контроль по минусу. В таком случае система будет иметь обратную полярность. Поэтому в ней нужно поставить конденсатор наоборот – чтобы плюсовой заряд шел на транзисторный исток. Кроме того, необходимо заменить и сам транзистор, теперь он должен быть p–канального типа, к примеру, IRF9540N.

Основные выводы

Плавный розжиг светильников на основе светодиодов популярен в автоподсветке. Кроме того, медленное включение лед-элементов позволяется продлить срок их службы, независимо от места установки. Такое устройство можно купить или изготовить самостоятельно. В последнем случае оно обойдется гораздо дешевле. Для сборки потребуются следующие материалы и инструменты:

Паяльник с паяльными принадлежностями.
Основа для платы, например, кусок текстолита.
Корпус для крепления элементов.
Резисторы, транзисторы, диоды, конденсаторы и прочие полупроводниковые элементы.

Если вы имеете опыт сборки схемы плавного розжига светодиодов, рассмотренных или иных версий, обязательно поделитесь полезным опытом в комментариях.

С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно.

Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток – низкий КПД. Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза.

Схема ШИМ-регулятора с мощным выходным транзистором показана на рисунке. Она способна работать от 4,5 до 18 В, что свидетельствует о возможности управления яркостью как одного мощного светодиода, так и целой светодиодной лентой. Диапазон регулировки яркости колеблется от 5 до 95%. Устройство представляет собой доработанную версию генератора прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов зависит от ёмкости C1 и сопротивлений R1, R2 и определяется по формуле: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Гц

Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -Uпит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3Uпит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -Uпит. Достигнув отметки 1/3Uпит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы.

Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1.

В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод.

Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.

Другие варианты подключения

В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:

Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.

Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).

Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.

Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!

Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:

Плата и детали сборки регулятора яркости

Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.

Плата в файле Sprint Layout 6.0: reguljator-jarkosti.lay6

После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы.

DA1 – ИМС NE555;
VT1 – полевой транзистор IRF7413;
VD1,VD2 – 1N4007;
R1 – 50 кОм, подстроечный;
R2, R3 – 1 кОм;
C1 – 0,1 мкФ;
C2 – 0,01 мкФ.

Заказать готовую сборку от автора можно здесь.

Получается, что ток, проходя через Lm317, уменьшается до величины, заданной сопротивлением переменного резистора.

На практике решено было припаять стабилизатор прямо на резистор. Сделано это в первую очередь для отведения тепла от стабилизатора. Теперь он будет нагреваться вместе с резистором. На резисторе у нас расположено 3 контакта. Мы используем центральный и крайний. Какой имеено крайний использовать — для нас не важно. В зависимости от выбора, в одном случае при повороте ручки по часовой стрелке яркость будет увеличиваться, в противоположном случае — уменьшаться. Если подключить крайние контакты, сопротивление будет постоянно 1 кОм.

И напоследок одеваем термоусадку, чтобы исключить возможность короткого замыкания. Теперь можно пробовать.

Для первого теста мы используем светодиоды:

1) Epistar 1W, рабочее напряжение — 4V (в нижней части следующей фотографии).

2) Плоский диод с тремя чипами, рабочее напряжение — 9V (в верхней части следующей фотографии).

После чего проводится тест со светодиодными модулями на 12V. И на них наш контроллер отрабатывает без проблем. Именно этого мы и добивались.

Спасибо за внимание!

Принципиальная схема

Схема выполнена на микросхеме D1 типа 74АС14, которая содержит шесть инверторов — триггеров Шмитта. На трех из них сделан мультивибратор, с буферным каскадом и регулировкой скважности импульсов с помощью резистора R1.

На транзисторе VТ1 выполнен транзисторный ключ, через который ток поступает на светодиодную ленту.

Микросхема D1 питается напряжением 5V через параметрический стабилизатор на резисторе R2 и стабилитроне VD3.

Рис. 1. Принципиальная схема первого варианта регулятора яркости светодиодной ленты.

Создание подсветки салона с 2-мя режимами яркости

Подсветку салона автомобиля можно организовать разными методами: будь то обычная светодиодная лента, на скорую руку, прилепленная клейкой лентой к обшивке потолка салона или же обычная сборка с димером, аккуратно спрятанная в плафон интерьера. В данной статье позвольте привести вам пример организации нескольких вариантов подсветки.

Все схемы проверены и работают безотказно – естественно, если сборка осуществлена грамотно. Ниже вы можете просмотреть видео, на котором ярко продемонстрирован принцип работы схем.

Давайте приступим к работе.

1. Стабилизатор напряжения на транзисторе LM-317

Первая схема была реализована на базе транзистора LM-317, который играет роль стабилизатора напряжения в схеме.

Обратимся к самой схеме.

При правильной сборке – устройство выглядит довольно компактным.

Важно. Сборка элементов, пайка и коммутация устройства должно осуществляться, исключительно имея хотя бы базовые навыки и умения в электротехнике. В противном случае неправильная сборка может: минимум просто не включиться, максимум – перегорит предохранитель в автомобиле.

2. Плавное включение-выключение подсветки

Обратимся к схеме.

В сборке использован полевик (полевой транзистор), который и управляет каналом диодов. Отсюда следует, что номинальные показатели транзистора должны быть выше, чем у предыдущей сборки. По желанию в сборке можно использовать любое кол-во светодиодов – это

никаким образом не влияет на интервал розжига и затухания. Основным требованием является, то, что мимо ключа зажигания должно проходить +12 вольт. Схем применима как для обычных ламп накаливания, так и к светодиодным лентам.

Сборка такая же компактная, как и в предыдущем примере.

Подсветка с регулируемой яркостью.

В сборке применялся переменный резистор 5К:

– обозначение на схеме. Данный вид резисторов позволяет регулировать свое сопротивление, тем самым меняя яркость лампочек в подсветке. Регулирование можно осуществить один раз, но и можно данный элемент вывести за пределы сборки и регулировать по ситуации.

НЕ советуется совмещать светодиодную ленту и стабилизаторы L78xx – серий, где ХХ – номинальные значения –в автомашине. Например, сериям 7812 остро будет не хватать напряжения от бортовой сети, что прямо пропорционально влияет на яркость светодиодов. А для 7809 – бортового напряжения будет слишком даже достаточно, но для таких стабилизаторов необходимо будет строить иные диодные цепочки.

ВНИМАНИЕ. Схемы с диодами постоянные для дома кардинально отличаются от схем, собранных для автомобиля. Ведь в домашних условиях, для подобных конструкций, можно подобрать блоки питания подходящих диапазонов, а в автомашине – иметь дело с уже существующим напряжением.

Автор; Вадим Корнелюк Ровно, Украина

Оставить комментарий Отменить ответ

На симисторе

Для начало рассмотрим схему светорегулятора, работающего от сети 220 Вольт. Данный тип устройств работает по принципу фазового смещения открывания силового ключа. Сердцем диммера является RC цепочка. Узел формирования управляющего импульса, в качестве которого выступает симметричный динистор. И собственно, сам силовой ключ, управляющий нагрузкой — симистор.

Рассмотрим работу схемы. Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения. Так как R1 является переменным, то с его помощью меняется напряжение в цепочке R2C1. Динистор DB3 включен в точку между ними и при достижении напряжения порога его открывания на конденсаторе C1 он срабатывает и подает импульс на силовой ключ — симистор VS1. Он открывается и пропускает через себя ток, тем самым на выходе мы получаем напряжение. От положения регулятора зависит, какая часть волны пойдет на лампу. Чем быстрее заряжается конденсатор, тем быстрее открывается ключ, и большая часть волны и мощности пойдет на нагрузку. Таким образом, схема буквально отрезает часть синусоиды. Ниже представлен график работы устройства.

Значение (t*) — это время, за которое конденсатор заряжается до порога открывания силового элемента. Эта схема диммера проста и легко повторяется на практике. Лучше всего она работает на лампах накаливания, из-за того что спираль в лампе имеет инертность, а вот со светодиодными и иными лампами могут возникнуть проблемы, поэтому необходимо перед окончательной установкой проверить работоспособность схемы конкретно на ваших потребителях. Рекомендуем просмотреть предоставленное ниже видео, в котором наглядно показывается, как сделать светорегулятор на симисторе:

В нашей жизни светодиоды уверенно теснят из светотехники другие источники искусственного света. Но если лампы накаливания можно включать прямо к источнику электропитания, то подключение светодиода и разрядных ламп требует особых мер.

При этом подключение единичного светодиода проблем не вызывает. А включить от нескольких единиц до сотен – не так просто, как кажется.

Немного теории

Для нормальной работы светодиода требуется постоянное напряжение или ток. Они должны быть:

Для светодиодов вначале использовали имевшиеся источники напряжения – 5, 9, 12 В. А рабочее напряжение p-n перехода от 1,9-2,4 до 3,7-4,4 В. Поэтому включение диода напрямую – это почти всегда его физическое сгорание от перегрева большим током. Ток нужно ограничивать токоограничивающим резистором, тратя энергию на его нагрев.

Когда диодов десятки, их соединяют в последовательные цепи, которые включают параллельно.

Распиновка светодиода

Полярность светодиода – анод или плюс и катод – минус определить легко по картинкам:

У цилиндрических корпусов катод обозначен срезом на боковой части, у анода вывод длиннее, а у катода – короче.

Схема включения светодиода

Последовательное соединение

Светодиод – это довольно сложный светотехнический прибор. Работает он от вторичного источника постоянного напряжения. При мощности более 0,2-0,5 Вт в большинстве светодиодных устройств используют источники тока. Их не совсем корректно, на американский манер, называют драйверами. При последовательном включении диодов часто используют источники питания с напряжением 9, 12, 24 и даже 48 В. В этом случае выстраивают последовательную цепочку, в которой может быть от 3-6 до нескольких десятков элементов.

Например, красные светодиоды имеют прямое рабочее напряжение от 1,6 до 3,03 В. При U_пр. = 2,1 В одного светодиода на резисторе при напряжении источника 12 В будет напряжение 5,7 В:

12 В - 3×2,1 В = 12 - 6,3 = 5,7 В.

А уже 3 последовательные цепочки соединяют параллельно.

Таблица прямого напряжения на светодиоде от цвета его свечения.

Цвет свечения	Напряжение рабочее, прямое, В	Длина волны, нм
Белый	3,5	Широкий спектр
Красный	1,63–2,03	610-760
Оранжевый	2,03–2,1	590-610
Желтый	2,1–2,18	570-590
Зеленый	1,9–4,0	500-570
Синий	2,48–3,7	450-500
Фиолетовый	2,76–4	400-450
Инфракрасный	до 1,9	от 760
Ультрафиолетовый	3,1–4,4	до 400

При последовательной схеме включения светодиодов соединении токи через светодиоды будут одинаковые, а падение на каждом элементе индивидуальное. Оно зависит от внутреннего сопротивления диода.

Свойства последовательного соединения:

обрыв одного элемента приводит к выключению всех;
закорачивание – перераспределяет его напряжение на все оставшиеся, на них увеличивается яркость свечения и ускоряется деградация.

Параллельное соединение

Такое соединение было на первых светодиодных гирляндах, линейках и лентах при питании от напряжения 3-5 В.

Это неправильное соединение. При неизбежном разбросе параметров токи через светодиоды будут разные. И светить они будут по-разному. И греться не одинаково. В результате перегревшийся перегорит, например, с обрывом цепи. Ток через остальные диоды D2, D3 увеличится и на них вырастет напряжение, потому что меньший суммарный ток через R1 даст на нем меньшее падение напряжения. Вторым сгорит тот диод, у которого будет меньшее внутреннее сопротивление p-n перехода.

Если перегорание произойдет с замыканием p-n перехода, то всё напряжение батареи приложится к резистору R1. Он перегреется и сгорит.

Схема параллельного подключения светодиодов. Каждый светодиод правильно соединять последовательно с собственным токоограничивающим резистором.

серые полоски – токоведущие шины, т. е. провода без изоляции;
синие цилиндрики со скругленным торцом – цилиндрические светодиоды с линзой на торце;
красные – резисторы для ограничения рабочего тока.

Неправильно будет подключать все диоды на один резистор. Из-за разброса характеристик светодиодов, даже в одной партии могущего достигнуть от 50 до 200% и более, через диоды может протекать ток, который будет различаться в разы. Поэтому и светиться, и нагружаться они будут также по-разному. Позднее наиболее нагруженный, светящийся ярче других, перегорит или деградирует до почти полного затухания, потеряв 70-90% светового потока. Или сменит оттенок свечения с белого на желтый.

Смешанное

Комбинированное или смешанное подключение применяют при создании светодиодных матриц, состоящих из многих десятков или сотен элементов или бескорпусных кристаллов. Самые известные из них – это COB-матрицы.

Питающее напряжение и рабочий ток при комбинированном включении будут меньше номинальных рабочих. Только при таком условии матрица будет более-менее долго работать. На номинальном токе быстро выгорит самое слабое звено и начнется постепенное выгорание остальных. Оно закончится обрывами в последовательных цепочках и закорачиванием параллельных.

Подключение светоизлучающего диода к сети 220 В

Если запитать светодиод прямо от 220 В с ограничением его тока, то светить он будет при положительной полуволне и гаснуть при отрицательной. Но это только в том случае, когда обратное напряжение p-n перехода будет много больше 220 В. Обычно это в районе 380-400 В.

Второй способ включения– через гасящий конденсатор.

Еще одна схема подключения – с однополупериодным выпрямителем на диоде и с ограничивающим резистором, величиной 30 кОм.

ВНИМАНИЕ! Большинство схем с прямым подключением в сеть 220 В имеют серьезный недостаток – они опасны поражением человека высоким напряжением – 220 В. Поэтому их следует использовать аккуратно, с тщательной изоляцией всех токоведущих частей.

Подробная информация о подключении светодиода к сети 220 В описана тут.

Как запитать диоды от блока питания

Самые популярные бестрансформаторные импульсные блоки питания (БП) дают 12 В с защитами по току, к.з., перегреву и пр.

Поэтому светодиоды соединяют последовательно и ограничивают их ток обычным резистором. В цепочку включают 3 или 6 диодов. Их количество определяется прямым напряжением диода. Их сумма для токоограничения должна быть меньше выходного напряжения БП на 0,5-1 В.

Особенности подключения RGB и COB светодиодов

Светодиоды с аббревиатурой RGB – это полихромные или многоцветные излучатели света разных цветов. Большинство из них собираются из трех светодиодных кристаллов, каждый из которых излучает свой цвет. Такая сборка называется цветовая триада.

Подключение RGB-светодиода производят так же, как и обычных светодиодов. В каждом корпусе такого многоцветного источника света располагаются по одному кристаллу: Red – красный, Green – зеленый и Blue – синий. Каждому светодиоду соответствует свое рабочее напряжение:

синему – от 2,5 до 3,7 В;
зеленому – от 2,2 до 3,5 В;
красному – от 1,6 до 2,03 В.

Кристаллы могут быть соединены между собой по-разному:

с общим катодом, т. е. три катода соединены между собой и с общим выводом на корпусе, а аноды – каждый имеет свой вывод;
с общим анодом – соответственно для всех анодов вывод общий, а катоды – индивидуальные;
независимая цоколевка – каждый анод и катод имеет собственный вывод.

Поэтому номиналы токоограничивающих резисторов будут разными.

В случае с независимыми светодиодами выводов будет 6.

В корпусе SMD 5050 кристаллы-светодиоды располагают так:

В корпусе многоцветного 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов помните – каждому цвету соответствует свое напряжение диода.

Подключение светодиодов типа COB

Аббревиатура COB – это первые буквы английского словосочетания chip-on-board. По-русски это будет – элемент или кристалл на плате.

Кристаллы клеят или паяют на теплопроводящую подложку из сапфира или кремния. После проверки правильности электрических соединений, кристаллы заливают желтым люминофором.

Светодиоды типа COB – это матричные конструкции, состоящие из десятков или сотен кристаллов, которые соединены группами с комбинированным включением полупроводниковых p-n-переходов. Группы – это последовательные цепочки светодиодов, количество которых соответствует напряжению питания светодиодной матрицы. Например, при 9 В это 3 кристалла, 12 В – 4.

Цепочки с последовательным включением соединяют параллельно. Таким образом набирают требуемую мощность матрицы. Кристаллы синего свечения заливают желтым люминофором. Он переизлучает синий свет в желтый, получая белый.

Качество света, т. е. цветопередачу регулируют в процессе производства составом люминофора. Одно- и двухкомпонентный люминофор дает невысокое качество, т. к. имеет в спектре 2-3 линии излучения. Трех- и пятикомпонентный – вполне приемлемую цветопередачу. Она может быть до 85-90 Ra и даже выше.

Подключение этого вида излучателей света не вызывает проблем. Их включают как обычный мощный светодиод, питаемый источником тока стандартного номинала. Например, 150, 300, 700 мА. Производитель СОВ-матриц рекомендует выбирать источники тока с запасом. Он поможет при запуске светильника с COB-матрицей в эксплуатацию.

Читайте также: