Как изменить яркость свечения светодиода

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2011 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

Журнал РАДИОЛОЦМАН, ноябрь 2011

Rich Rosen, National Semiconductor

Введение

LIMF – источники питания High-End от MORNSUN со стандартным функционалом на DIN-рейку

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 (IF) график исключительно линеен. Нелинейность начинает проявляться при увеличении IF. При выходе тока за пределы линейного участка эффективность светодиода уменьшается.

 Зависимость светового потока от тока через светодиод
Рисунок 1. Зависимость светового потока от тока через светодиод.

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 VIN в такой схеме всегда должно превышать сумму напряжений на светодиоде и резисторе RSNS. Ток дросселя целиком протекает через светодиод и резистор RSNS, 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 RSNS увеличивается, вследствие чего увеличивается средний ток светодиода.

Топология понижающего преобразователя
Рисунок 2. Топология понижающего преобразователя.

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 RSNS, 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 RSNS

Из Рисунка 2 видно, что при фиксированном опорном напряжении на выводе CS изменение величины RSNS 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:

IDIM-LED = DDIM × ILED
 

где

IDIM-LED – средний ток через светодиод,
DDIM – коэффициент заполнения импульсов ШИМ,
ILED – номинальный ток светодиода, устанавливаемый выбором величины сопротивления RSNS (см. Рисунок 3).

Двухпроводное ШИМ диммирование
Рисунок 3. Двухпроводное ШИМ диммирование.

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).

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 Si3458.

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 RDS-ON.

Многорежимный диммер LM3409

National Semiconductor выпускает уникальный многорежимный драйвер светодиодов LM3409, предназначенный как для аналогового, так и ШИМ регулирования яркости. Диммирование может осуществляться одним из четырех способов:

  1. Аналоговое регулирование прямой подачей напряжения 0 … 1.24 В на вывод IADJ.
  2. Аналоговое регулирование с помощью потенциометра, подключенного между выводом IADJ и «землей».
  3. ШИМ регулирование с помощью вывода EN.
  4. ШИМ регулирование с помощью шунтирующего MOSFET транзистора.

На Рисунке 5 показана схема включения LM3409 для управления яркостью с помощью потенциометра. Внутренний источник тока 5 мкА создает падение напряжения на сопротивлении RADJ, которое, в свою очередь, влияет на внутренний порог схемы измерения тока светодиода. С точно таким же эффектом можно управлять микросхемой, непосредственно подавая постоянное напряжение на вывод IADJ.

Аналоговое управление яркостью
Рисунок 5. Аналоговое управление яркостью.

Рисунок 6 демонстрирует зависимость измеренного тока светодиода от сопротивления включенного между IADJ и «землей» потенциометра. Плато на уровне 1 А в верхней части графика определяется величиной показанного на Рисунке 4 резистора RSNS, задающего максимальный номинальный ток светодиода.

Двухпроводное ШИМ диммирование
Рисунок 6. Зависимость тока светодиода от сопротивления потенциометра.

На Рисунке 7 изображена зависимость измеренного тока светодиода от постоянного напряжения, приложенного к выводу IADJ. Заметим, что максимальный ток здесь также определяется величиной RSNS.

Двухпроводное ШИМ диммирование
Рисунок 7. Зависимость тока светодиода от напряжения на выводе IADJ.

Обе аналоговые технологии диммирования просты в реализации и позволяют с очень высокой линейностью регулировать яркость свечения, вплоть до уровня 10% от максимума.

Заключение

Регулировать яркость свечения светодиодов, питающихся от импульсных преобразователей, можно различными способами. Для каждого из двух основных методов, ШИМ и аналогового, характерны свои достоинства и недостатки. Ценою использования дополнительной логики, ШИМ регулирование значительно уменьшает вариации цвета светодиода при изменении яркости. Схемотехника аналогового диммирования проще, но неприменима там, где требуется поддержания постоянной цветовой температуры.

Источник

Если упустить подробности и объяснения, то схема регулировки яркости светодиодов предстанет в самом простом виде. Такое управление отлично от метода ШИМ, который мы рассмотрим чуть позже. Итак, элементарный регулятор будет включать в себя всего четыре элемента:

  • блок питания;
  • стабилизатор;
  • переменный резистор;
  • непосредственно лампочка.

И резистор, и стабилизатор можно купить в любом радиомагазине. Подключаются они точно так, как показано на схеме. Отличия могут заключаться в индивидуальных параметрах каждого элемента и в способе соединения стабилизатора и резистора (проводами или пайкой напрямую).

Собрав своими руками такую схему за несколько минут, вы сможете убедиться, что меняя сопротивление, то есть, вращая ручку резистора, вы будете осуществлять регулировку яркости лампы.

В показательном примере аккумулятор берут на 12 Вольт, резистор на 1 кОм, а стабилизатор используют на самой распространенной микросхеме Lm317. Схема хороша тем, что помогает нам сделать первые шаги в радиоэлектронике. Это аналоговый способ управления яркость. Однако он не подойдет для приборов, требующих более тонкой регулировки.

Обычные светодиоды

Светодиод – простейший индикатор, который можно использовать для отладки кода: его можно включить при срабатывании условия или просто подмигнуть. Но для начала его нужно подключить.

Подключение светодиода

Светодиод – это устройство, которое питается током, а не напряжением. Как это понимать? Яркость светодиода зависит от тока, который через него проходит. Казалось бы, достаточно знания закона Ома из первого урока в разделе, но это не так!

  • Светодиод в цепи нельзя заменить “резистором”, потому что он ведёт себя иначе, нелинейно.
  • Светодиод полярен, то есть при неправильном подключении он светиться не будет.
  • Светодиод имеет характеристику максимального тока, на котором может работать. Для обычных 3 и 5 мм светодиодов это обычно 20 мА.
  • Светодиод имеет характеристику падение напряжения (Forward Voltage), величина этого падения зависит от излучаемого цвета. Цвет излучается кристаллом, состав которого и определяет цвет. У красных светодиодов падение составляет ~2.5 вольта, у синих, зелёных и белых ~3.5 вольта. Более точную информацию можно узнать из документации на конкретный светодиод. Если документации нет – можно пользоваться вот этой табличкой, тут даны минимальные значения:

Мигаем

Мигать светодиодом с Ардуино очень просто: подключаем катод к GND, а анод – к пину GPIO. Очень многие уверены в том, что “аналоговые” пины являются именно аналоговыми, но это не так: это обычные цифровые пины с возможностью оцифровки аналогового сигнала. На плате Nano пины A0-A5 являются цифровыми и аналоговыми одновременно, а вот A6 и A7 – именно аналоговыми, то есть могут только читать аналоговый сигнал. Так что подключимся к A1, настраиваем пин как выход и мигаем!

void setup() { pinMode(A1, OUTPUT); } void loop() { digitalWrite(A1, HIGH); delay(500); digitalWrite(A1, LOW); delay(500); }

Как избавиться от delay() в любом коде я рассказывал вот в этом уроке. https://www.youtube.com/watch?v=uaiLcCd9Tnk

Мигаем плавно

Как насчёт плавного управления яркостью? Вспомним урок про ШИМ сигнал и подключим светодиод к одному из ШИМ пинов (на Nano это D3, D5, D6, D9, D10, D11). Сделаем пин как выход и сможем управлять яркостью при помощи ШИМ сигнала! Читай урок про ШИМ сигнал. Простой пример с несколькими уровнями яркости:

void setup() { pinMode(3, OUTPUT); } void loop() { analogWrite(3, 10); delay(500); analogWrite(3, 100); delay(500); analogWrite(3, 150); delay(500); analogWrite(3, 200); delay(500); analogWrite(3, 255); delay(500); }

Подключим потенциометр на A0 и попробуем регулировать яркость с его помощью:

void setup() { pinMode(3, OUTPUT); } void loop() { // analogRead(0) / 4 == 0… 255 analogWrite(3, analogRead(0) / 4); delay(100); }

Как вы можете видеть, все очень просто. Сделаем ещё одну интересную вещь: попробуем плавно включать и выключать светодиод, для чего нам понадобится цикл из урока про циклы.

void setup() { pinMode(3, OUTPUT); } void loop() { for (int i = 0; i < 255; i++) { analogWrite(3, i); delay(20); } for (int i = 255; i > 0; i—) { analogWrite(3, i); delay(20); } }

Плохой пример! Алгоритм плавного изменения яркости блокирует выполнение кода. Давайте сделаем его на таймере аптайма.

void setup() { pinMode(3, OUTPUT); } uint32_t tmr; int val = 0; bool dir = true; void loop() { if (millis() — tmr >= 20) { tmr = millis(); if (dir) val++; // увеличиваем яркость else val—; // уменьшаем if (val >= 255 || val <= 0) dir = !dir; // разворачиваем analogWrite(3, val); } }

Теперь изменение яркости не блокирует выполнение основного цикла, но и остальной код должен быть написан таким же образом, чтобы не блокировать вызовы функции изменения яркости! Ещё одним вариантом может быть работа по прерыванию таймера, см. урок.

Светодиод будет мигать не очень плавно: яркость будет нарастать слишком резко и практически не будет меняться. Связано это с тем, что человеческий глаз воспринимает яркость нелинейно, а мы управляем ей линейно. Для более плавного ощущения яркости используется коррекция по CRT гамме, которая переехала из этого урока в отдельный урок по миганию светодиодом по CRT гамме в блоке алгоритмов. Изучи обязательно!

Ещё один момент: если подключить светодиод наоборот, к VCC, то яркость его будет инвертирована: 255 выключит светодиод, а 0 – включит, потому что ток потечет в другую сторону:

Готовые к использованию регуляторы яркости

Регулятор, который продается в готовом виде для светодиодных ламп, называются диммером. Частота импульсов, создавая им, достаточно велика для того, чтобы мы не чувствовали мерцания. Благодаря ШИМ контролеру осуществляется плавная регулировка, позволяющая добиваться максимальной яркости свечения или угасания лампы.

Встраивая такой диммер в стену, можно пользоваться им, как обычным выключателем. Для исключительно удобства регулятор яркости светодиодов может управляться радио пультом.

Способность ламп, созданных на основе светодиодов, менять свою яркость открывает большие возможности для проведения световых шоу, создания красивой уличной подсветки. Да и обычным карманным фонариком становится значительно удобнее пользоваться, если есть возможность регулировать интенсивность его свечения.

Светодиодные ленты

Светодиодная лента представляет собой цепь соединённых светодиодов. Соединены они не просто так, например обычная 12V лента состоит из сегментов по 3 светодиода в каждом. Сегменты соединены между собой параллельно, то есть на каждый приходят общие 12 Вольт. Внутри сегмента светодиоды соединены последовательно, а ток на них ограничивается общим резистором (могут стоять два для более эффективного теплоотвода): Таким образом достаточно просто подать 12V от источника напряжения на ленту и она будет светиться. За простоту и удобство приходится платить эффективностью. Простая математика: три белых светодиода, каждому нужно по ~3.2V, суммарно это 9.6V. Подключаем ленту к 12V и понимаем, что 2.5V у нас просто уходят в тепло на резисторах. И это в лучшем случае, если резистор подобран так, чтобы светодиод горел на полную яркость.

Подключаем к Arduino

Здесь всё очень просто: смотрите предыдущий урок по управлению нагрузкой постоянного тока. Управлять можно через реле, транзистор или твердотельное реле. Нас больше всего интересует плавное управление яркостью, поэтому продублирую схему с полевым транзистором:

Управление

Подключенная через транзистор лента управляется точно так же, как светодиод в предыдущей главе, то есть все примеры кода с миганием, плавным миганием и управление потенциометром подходят к этой схеме. Про RGB и адресные светодиодные ленты мы поговорим в отдельных уроках.

Питание и мощность

Светодиодная лента потребляет немаленький ток, поэтому нужно убедиться в том, что выбранный блок питания, модуль или аккумулятор справится с задачей. Но сначала обязательно прочитайте урок по закону Ома! Потребляемая мощность светодиодной ленты зависит от нескольких факторов:

  • Яркость. Максимальная мощность будет потребляться на максимальной яркости.
  • Напряжение питания (чаще всего 12V). Также бывают 5, 24 и 220V ленты.
  • Качество, тип и цвет светодиодов: одинаковые на вид светодиоды могут потреблять разный ток и светить с разной яркостью.
  • Длина ленты. Чем длиннее лента, тем больший ток она будет потреблять.
  • Плотность ленты, измеряется в количестве светодиодов на метр. Бывает от 30 до 120 штук, чем плотнее – тем больший ток будет потреблять при той же длине и ярче светить.

Лента всегда имеет характеристику мощности на погонный метр (Ватт/м), указывается именно максимальная мощность ленты при питании от номинального напряжения. Китайские ленты в основном имеют чуть меньшую фактическую мощность (в районе 80%, бывает лучше, бывает хуже). Блок питания нужно подбирать так, чтобы его мощность была больше мощности ленты, т.е. с запасом как минимум на 20%.

  • Пример 1: нужно подключить 4 метра ленты с мощностью 14 Ватт на метр, лента может работать на максимальной яркости. 14*4 == 56W, с запасом 20% это будет 56*1.2 ~ 70W, ближайший блок питания в продаже будет скорее всего на 100W.
  • Пример 2: берём ту же ленту, но точно знаем, что яркость во время работы не будет больше половины. Тогда можно взять блок на 70 / 2 == 35W.

Важные моменты по току и подключению:

  • Подключение: допустим, у нас подключено ленты на 100W. При 12 Вольтах это будет 8 Ампер – весьма немаленький ток! Ленту нужно располагать как можно ближе к блоку питания и подключать толстыми (2.5 кв. мм и толще) проводами. Также при создании освещения есть смысл перейти на 24V ленты, потому что ток в цепи будет меньше и можно взять более тонкие провода: если бы лента из прошлого примера была 24-Вольтовой, ток был бы около 4 Ампер, что уже не так “горячо”.
  • Дублирование питания: лента сама по себе является гибкой печатной платой, то есть ток идёт по тонкому слою меди. При подключении большой длины ленты ток будет теряться на сопротивлении самой ленты, и чем дальше от точки подключения – тем слабее она будет светить. Если требуется максимальная яркость на большой длине, нужно дублировать питание от блока питания дополнительными проводами, или ставить дополнительные блоки питания вдоль ленты. Дублировать питание рекомендуется каждые 2 метра, потому что на такой длине просадка яркости становится заметной уже почти на всех лентах.
  • Охлаждение: светодиоды имеют не 100% КПД, плюс ток в них ограничивается резистором, и как результат – лента неслабо греется. Рекомендуется приклеивать яркую и мощную ленту на теплоотвод (алюминиевый профиль). Так она не будет отклеиваться и вообще проживёт гораздо дольше.

Разновидности диммеров

По напряжению в сети регуляторы света можно разделить на две группы:

  • для переменного напряжения 220 В;
  • для постоянного напряжения на LED ленту 12 В.

По виду управляющего сигнала различают диммеры для светодиодов:

  • аналоговые;
  • цифровые;
  • цифро-аналоговые.

  • модульные, которые монтируются в специальную DIN рейку в распределительном щитке;
  • выносные, которые монтируются в люстру;
  • настенные, которые устанавливаются вместо выключателя.

По способу управления:

  • поворотные – регулировка осуществляется с помощью ручки;
  • клавишные – управление производится кнопками;
  • поворотно-нажимные – регулирование производится с помощью нажатия на кнопки и поворота ручки;
  • сенсорные – модели с различными датчиками;
  • дистанционные – управляются пультом через Wi-Fi, радиоканал или инфракрасный порт.

Самыми дорогими являются сенсорные световые регуляторы. Это современные устройства, которые могут управляться голосовыми командами, движениями, хлопками.

Важные страницы

  • Набор GyverKIT – большой стартовый набор Arduino моей разработки, продаётся в России
  • Каталог ссылок на дешёвые Ардуины, датчики, модули и прочие железки с AliExpress у проверенных продавцов
  • Подборка библиотек для Arduino, самых интересных и полезных, официальных и не очень
  • Полная документация по языку Ардуино, все встроенные функции и макро, все доступные типы данных
  • Сборник полезных алгоритмов для написания скетчей: структура кода, таймеры, фильтры, парсинг данных
  • Видео уроки по программированию Arduino с канала “Заметки Ардуинщика” – одни из самых подробных в рунете
  • Поддержать автора за работу над уроками
  • Обратная связь – сообщить об ошибке в уроке или предложить дополнение по тексту ([email protected])

5 / 5 ( 8 голосов )

Возможные ошибки при монтаже

Установка диммера не вызывает сложности, но новички могут допустить ряд ошибок. К типичным проблемам относятся:

  • использование светорегулятора при повышенных температурах – оптимальная предельная температура составляет 27-30 градусов;
  • нагрузка должна составлять не менее 40-45 В, иначе падает срок службы диммера и лампы;
  • неправильный выбор диммера под конкретную лампочку;
  • использование регулятора для LED ленты в лампе и наоборот.

Последние 2 ошибки являются самыми распространенными. Перед началом монтажа нужно убедиться, что диммер подходит под лампочку, и только после этого начинать установку.

Видео

На видео интересный пример работы свето регулятора с аудио-входом. Реализована цветомузыка из светодиодной ленты RGB. Лента меняет цвета и уровень свечения в такт музыке.

Кстати: в обоих вышеописанных случаях применяются диммеры с контроллерами ( микроконтроллерами). Сам по себе диммер не способен работать по определенной программе – он служит только для изменения яркости диодов. Чтобы «заставить» светорегулятор менять яркость в соответствии с заданной схемой, применяются rgb и аудио — контроллеры.

Виды

Разновидностей диммеров выпускается великое множество. При желании такое устройство можно подобрать под любые задачи и потребности. В этой статье мы коротко расскажем лишь о некоторых популярных видах.

  1. Мини-диммеры отличаются компактными размерами и небольшим весом. При этом могут быть с кнопочным, сенсорным или дистанционным управлением.

    мини диммер светодиодной ленты

  2. Диммеры с аудио-входом позволяют не просто регулировать яркость света, но даже создавать эффект цветомузыки в автоматическом режиме.
  3. Диммеры для rgb-ленты. Rgb-лента отличается от обычной (монохромной) светодиодной «многоцветностью», то есть, такая лента содержит красные (red), зеленые (green) и синие (blue) диоды, что позволяет создавать различные цветовые эффекты. Ниже приводится простейшая схема подключения rgb-ленты к сети 220 вольт.

диммер rgb ленты

Схема подключения rgb ленты

Особенности диммирования LED-ламп

Светодиодные лампы построены по различным схемам. Различие сводится к способам стабилизации (или просто ограничению) тока через LED. Подход к регулировке интенсивности свечения также различается:

  1. У простых недорогих ламп ток через излучающий элемент ограничивается резистором. В этом случае диммирование легко производится изменением величины внешнего напряжения. Чем оно больше, тем больше ток через LED, тем ярче он светится. Другой способ регулировки – ШИМ. Здесь регулируется средний ток через кристалл за единицу времени.
  2. У многих ламп встроен электронный стабилизатор тока – драйвер. Его задача – удерживать ток через светодиоды неизменным, несмотря на изменения внешнего напряжения. Очевидно, что здесь диммировать, регулируя входные параметры, бессмысленно: драйвер все равно будет стараться удержать ток стабильным.
  3. Есть лампы, у которых функция диммирования возложена на драйвер. Он может изменять ток через LED в зависимости от внешней команды.

Поэтому потребителю важно знать, как управлять интенсивностью свечения такой лампы. На упаковках можно встретить маркировку «диммируемая».

Подключение диммера к светодиодной ленте

Самостоятельное изготовление диммера

  • постоянный и переменный резисторный элемент;
  • неколярный конденсатор;
  • симистор;
  • медный провод;
  • динистор;
  • текстолитовая плата;
  • паяльник.

Все электронные компоненты нужно установить на плате по схеме диммера: при поступлении тока с резисторного элемента на конденсатор будет происходить зарядка и подаваться напряжение на лампу. Компоненты нужно соединить между собой при помощи пайки. На плате нужно сделать отверстия, которые будут служить в качестве выводов. После сборки нужно провести тестирование собранного диммера.

Источник

Если упустить подробности и объяснения, то схема регулировки яркости светодиодов предстанет в самом простом виде. Такое управление отлично от метода ШИМ, который мы рассмотрим чуть позже.
Итак, элементарный регулятор будет включать в себя всего четыре элемента:

  • блок питания;
  • стабилизатор;
  • переменный резистор;
  • непосредственно лампочка.

элементарный регулятор яркости светодиодов

И резистор, и стабилизатор можно купить в любом радиомагазине. Подключаются они точно так, как показано на схеме. Отличия могут заключаться в индивидуальных параметрах каждого элемента и в способе соединения стабилизатора и резистора (проводами или пайкой напрямую).

Собрав своими руками такую схему за несколько минут, вы сможете убедиться, что меняя сопротивление, то есть, вращая ручку резистора, вы будете осуществлять регулировку яркости лампы.

В показательном примере аккумулятор берут на 12 Вольт, резистор на 1 кОм, а стабилизатор используют на самой распространенной микросхеме Lm317. Схема хороша тем, что помогает нам сделать первые шаги в радиоэлектронике. Это аналоговый способ управления яркость. Однако он не подойдет для приборов, требующих более тонкой регулировки.

Необходимость в регуляторах яркости

Теперь разберем вопрос немного подробнее, узнаем, зачем нужна регулировка яркости, и как можно по-другому управлять яркостью светодиодов.

  • Самый известный случай, когда необходим регулятор яркости для нескольких светодиодов, связан с освещением жилого помещения. Мы привыкли управлять яркостью света: делать его мягче в вечернее время, включать на всю мощность во время работы, подсвечивать отдельные предметы и участки комнаты.
  • Регулировать яркость необходимо и в более сложных приборах, таких как мониторы телевизоров и ноутбуков. Без нее не обходятся автомобильные фары и карманные фонарики.
  • Регулировка яркости позволяет экономить нам электроэнергию, если речь идет о мощных потребителях.
  • Зная правила регулировки, можно создать автоматическое или дистанционное управление светом, что очень удобно.

В некоторых приборах просто уменьшать значение тока, увеличивая сопротивление, нельзя, поскольку это может привести к изменению белого цвета на зеленоватый. К тому же увеличение сопротивления приводит к нежелательному повышенному выделению тепла.

ШИМ управление

Выходом из, казалось бы, сложной ситуации стало ШИМ управление (широтно-импульсная модуляция). Ток на светодиод подается импульсами. Причем значение его либо ноль, либо номинальное – самое оптимальное для свечения. Получается, что светодиод периодически то загорается, то гаснет. Чем больше время свечении, тем ярче, как нам кажется, светит лампа. Чем меньше время свечения, тем лампочка светит тусклее. В этом и состоит принцип ШИМ.

ШИМ управление

Управлять яркими светодиодами и светодиодными лентами можно непосредственно с помощью мощных МОП-транзисторов или, как их еще называют, MOSFET. Если же требуется управлять одной-двумя маломощными светодиодными лампочками, то в роли ключей используют обычные биполярные транзисторы или подсоединяют светодиоды напрямую к выходам микросхемы.

ШИМ управление схема

Вращая ручку реостата R2, мы будет регулировать яркость свечения светодиодов. Здесь представлены светодиодные ленты (3 шт.), которые присоединили к одному источнику питания.

Зная теорию, можно собрать схему ШИМ устройства самостоятельно, не прибегая к готовым стабилизаторам и диммерам. Например, такую, как предлагается на просторах интернета.

схема ШИМ устройства

NE555 – это и есть генератор импульсов, в котором все временные характеристики стабильны. IRFZ44N – тот самый мощный транзистор, способный управлять нагрузкой высокой мощности. Конденсаторы задают частоту импульсов, а к клеммам «выход» подсоединятся нагрузка.

Поскольку светодиод обладает малой инертностью, то есть, очень быстро загорается и гаснет, то метод ШИМ регулирования является оптимальным для него.

Готовые к использованию регуляторы яркости

Регулятор, который продается в готовом виде для светодиодных ламп, называются диммером. Частота импульсов, создавая им, достаточно велика для того, чтобы мы не чувствовали мерцания. Благодаря ШИМ контролеру осуществляется плавная регулировка, позволяющая добиваться максимальной яркости свечения или угасания лампы.

Встраивая такой диммер в стену, можно пользоваться им, как обычным выключателем. Для исключительно удобства регулятор яркости светодиодов может управляться радио пультом.

Способность ламп, созданных на основе светодиодов, менять свою яркость открывает большие возможности для проведения световых шоу, создания красивой уличной подсветки. Да и обычным карманным фонариком становится значительно удобнее пользоваться, если есть возможность регулировать интенсивность его свечения.

Источник

Введение. Понятие ШИМ

Широко-импульсная модуляция (сокращенно ШИП) – это
техника, используемая для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Ведь компьютер
не может выдавать аналоговый сигнал: выходы цифровой техники могут принимать
только одно из двух значений – например, 0V или 5V. Поэтому используется счетчик высокой точности для кодирования
аналогового сигнала в ШИМ-сигнал, которые – уже цифровой, поскольку в любой
момент времени он принимает значение либо 5V (ВКЛ), либо 0V
(ВЫКЛ). Напряжение подается на аналоговую нагрузку (например, светодиод, или
сервопривод) в виде повторяющейся последовательности ВКЛ и ВЫКЛ. Получаемое выходное
напряжение вычисляется по продолжительности сигналов ВКЛ и ВЫКЛ, по следующей формуле:

Выходное напряжение = (Время ВКЛ / время импульса) *
максимальное напряжение.

Взгляните на рисунок ниже для лучшего понимания.

ШИМ имеет множество применений, например:

  • регулирование яркость свечения ламп,
  • скорости вращения мотора,
  • генерация звука и т.д.

ШИМ имеет 3 параметра:

  • Период
  • Скважность
  • Величина

У Ардуино 6 портов, поддерживающие ШИМ: это цифровые пины
3, 5, 6, 9, 10 и 11.

В предыдущем примере мы подключили LED к цифровому
пину. Теперь мы будем менять его яркость с помощью ШИМ-сигнала.

Часть 1. Управление яркостью светодиода

Необходимые компоненты

  • LED
    M5
  • 220R

Схема

Соберем вот эту схему:

Обратите внимание, что мы подключаем LED к цифровому
пину 11, которые поддерживает ШИМ. Если подключить к пину 12, то желаемого результата
мы не получим.

Скетч

/*******************************************************
 * (C) jarduino.ru 2019
 * Изучение ардуино через опыты.
 *
 * Опыт №3.1. Управление яркостью светодиода
 *
 * ****************************************************/

// Глобальные константы и переменные
const int pinLed = 11; // порт для светодиода

const int nDelay = 2; // задержка в мсек. между изменением яркости
const int nLedMin = 0; // минимальная яркость

// настройка платы
void setup()
{
  pinMode(pinLed, OUTPUT);
}

// основной цикл
void loop()
{
  static int i = nLedMin; // статическая переменная для хранения текущей яркости светодиода

  // постепенной увеличиваем яркость светодиода:
  while (i < 255)
  {
    analogWrite(pinLed, i);
    delay(nDelay);
    ++i;
  }

  // постепенно уменьшаем яркость светодиода:
  while (i > nLedMin)
  {
    analogWrite(pinLed, i);
    delay(nDelay);
    --i;
  }
}

Результат

Часть 2. Управление яркостью с помощью потенциометра

Необходимые компоненты

  • Дополнительно на понадобится потенциометр

Схема

Добавим на схему потенциометр:

Управление яркостью светодиода с помощью потенциометра

Управление яркостью светодиода с помощью потенциометра

Среднюю ногу потенциометра мы подключаем к аналоговому входу A0.

Скетч

/*******************************************************
 * (C) jarduino.ru 2019
 * Изучение ардуино через опыты.
 *
 * Опыт №3.2 Управление яркостью светодиода с помощью потенциометра
 *
 * ****************************************************/

// Глобальные константы и переменные
const int pinLed = 11; // порт для светодиода
const int pinPot = A0; // порт для светодиода

// настройка платы
void setup()
{
  Serial.begin(9600); // инициализировать последовательные порт
  pinMode(pinLed, OUTPUT); // установть пин светодиода в режим вывода

  // аналоговые пины по умолчанию уже стоят в режиме ввода.
}

// основной цикл
void loop()
{
  static int nValOld = 0;
  static int nVal; // статическая переменная для хранения текущей яркости светодиода

  nVal = analogRead(pinPot);

  // выведем значение nVal в окно отладки, а чтобы 
  // не реагировать на помехи, будет выводить значение только если оно изменилось хотя бы на 3:
  if (abs(nValOld - nVal) > 3) {
    Serial.println(nVal);
    nValOld = nVal;
  }

  analogWrite(pinLed, nVal / 4);

  delay(10); // пауза в 0.01 сек.
}

Результат

Когда вы вращаете ручку потенциометра, вы видите в
мониторе последовательно порта как меняется напряжение и яркость светодиода в соответствии
с ним.

Объяснение

В программе мы считываем аналоговое значение, задаваемое
потенциометром, и применяем его к цифровому ШИМ порту, к которому подключен
светодиод. В соответствии с изменением ШИМ-сигналом, меняется и яркость
светодиода.

Обратите внимание, что максимальное значение для порта ШИМ  – это 255, а аналогового порта – 1024. Поэтому считанное значение приходится делить на 4.

Заключение

В этом примере мы показали как использовать ШИМ, изменять
напряжение на цифровом выходе, использовать потенциометр для управления нагрузкой.

Источник

И снова здравствуйте, нынче речь пойдет о светодиодах, а точнее о подсветке кнопочек. Т.к вся салонная подсветка у меня переделана на светодиоды, то родной регулятор яркости у меня не подходил, и давным давно я его переделал, прочитать можно вот тут www.drive2.ru/l/288230376152651328/ и тут www.drive2.ru/l/114784/, все бы хорошо, пока не добавилось пара лампочек и кнопочек, блока управления ЭСП, и т.д и т.п, ведь торпеда то переделана, в общем энергопотребление лампочек возросло до 0.35 ампер, а представленный резистор выдерживает всего на всего 0.2 ампера и конечно же при первом включении света он перегорал…
Начал думать как исправить сию проблему… Т.к платы я травить не умею, точнее в нашей деревне проблематично с материалами, то пошел по простому пути… Заказал у китайцев шим регулятор для регулировки оборотов двигателя.

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

выглядит он вот так…

взял корпус от реле поворотов уаз и запихал в него сию микросхему, предварительно выпаяв регулировочный резистор

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

выпаиваем регулировочный резистор и выводим его в удобное для нас место, так же выпаиваем контактную колодку и вместо нее впаиваем странзистор IRF 9340, для того, что бы наша плата начала регулировать по плюсу, в стоке же она регулирует по минусу

Запчасти на фото: MKF001. Фото в бортжурнале LADA 21099

руководствуясь вот этой схемой…

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

получается вот такая лабудень

и…
и нифига у меня не получилось)) яркость регулировалась в слишком малом интервале и все это выглядело слишком громоздко, начал искать другой вариант…А вариант бы на поверхности

Фото в бортжурнале LADA 21099

можно воспользоваться этим вариантом

или же поступить как я, по сути это одно и то же…

Фото в бортжурнале LADA 21099

я воспользовался вот этой схемой, резистор взял на 1 кОм, мне оно и на руку, т.к подсветка приборки и подсветка всех кнопок у меня разведено по разному, сделано это ля того, что бы подсветка всего не загоралась при включении зажигания, загорается только щиток и яркость регулируется с одной крутилки, в общем если заинтересует, лучше спросите, объясняю я хреново)

лм-ка держит у нас полтора ампера, мне же нужно 0.35, думаю разница очевидна

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

выглядит все это дело в собранном виде вот так, на лм-ку прикрутил радиатор для надежности, на входе поставил предохранитель на 1 ампер, что бы, если друг что, сгорал пред…

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

две колодки-на кнопки и на щиток

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

все встроенно в стандартную крутилку…

В машине же регулируется все это дело от почти выключено до горит в полную яркость, фото к сожалению нет, но меня устраивает в полном объеме…
Ну и по мелочи, чегодня перебрал ГТЦ, начало сопливить между ним и вакуумом, ГТЦ у меня не старый, внутри зеркало, так что думаю переборка поможет… И выведал способ для прокачки тормозов в одиночку, для этого взял крышку от бачка сцепления с классики, просверлил в ней отверстие и вставил сосок от колеса…
в общем смотрите видео)

правда сосок у меня был с золотником и давление я создавал насосом…
ну и на последов, все меня мучиет вопрос с динамиком… Есть у меня сабвуферный динамик, под него есть коробка (именно коробка, не короб) на 14 литров… Закрытый ящик хорошо загерметизированный, вот мне интересно, возможно ли от него что то хорошего добиться при малом размере короба…
Саб от музыкального центра самсунг, объем его заводской коробки 12 с небольшим литров, но он с фазоинвертером…
В общем, кто может и разбирается, подскажите, что мне с ним делать что бы тграло более менее сносно…Прогами я пользовался и нифига не понимаю в них…

Фото в бортжурнале LADA 21099

Полный размер

вот такой динамик

Фото в бортжурнале LADA 21099

а вот такая коробка под него придумана умниками с самсунга

Фото в бортжурнале LADA 21099

а вот другой ракурс динамик диаметром 20 сантиметров

а вот темка про него www.drive2.ru/l/2620085/
а вот его параметры…
Fs 47.22 Hz
VAS 20.66 L
Re 3.62 Ohms
Qms 6.440
Qes 0.670
Qts 0.607
Fs/Qts 77.8 Hz
SPL 90.6 dB/2.83V/m
может кто подскажет, или хотя бы поможет мне организовать с ним что то сносное?
общем заранее всем спасибо и тыркаем пальцы вверх, хотя по сути и не за что))) В общем всем спасибо и до новых встреч

Источник

Повышающий драйвер светодиода с плавной регулировкой яркости

Время прочтения
9 мин

Просмотры 9K

Привет, Хабр! Вы до сих пор не знаете, как работает DC-DC-конвертер, как его собрать или переделать имеющийся под свои нужды? Тогда вас заинтересует эта статья.

Рассматривать принцип работы повышающего (step-up, boost) преобразователя, а самое главное, обратную связь по току и напряжению, будем на примере самодельного светодиодного фонарика.

Импульсные преобразователи мощности (или напряжения, как исторически сложилось их название), давно стали неотъемлемой частью электронной техники. Дело в том, что химические источники тока (аккумуляторы, батарейки) дают низкое напряжение, а многим приборам, прежде всего, на вакуумных и газоразрядных лампах, требовалось высокое.

За основу для сегодняшней самоделки возьму китайский набор для сборки повышающего преобразователя c 5 до 12 вольт. Модуль носит название ICSK034A и разработан компанией icstation.com. Покупала на площадке Алиэкспресс по этой ссылке.

Это не просто «вор джоулей» (joule thief), а стабилизированный преобразователь, поддерживающий на выходе заданное напряжение. Но сегодня я хочу сделать не источник питания 12 В, а светодиодный фонарик с плавной регулировкой яркости. То есть управляемый повышающий стабилизатор тока для светодиода.

Итак, сегодня мы будем изучать обратную связь импульсных преобразователей мощности. Благодаря чему сможем построить конвертер с теми свойствами, которые нам нужны. Или переделать имеющийся преобразователь в такой, как нам нужно. То есть добавить или изменить обратную связь по току или напряжению. Или сделать существующую обратную связь управляемой, т. е. добавить возможность перенастройки.

Главная часть повышающего преобразователя — это катушка. По-английски катушки и конденсаторы называют реакторами, потому что в них происходит реакция, то есть противодействие.

Конденсатор противодействует изменению напряжения. Чтобы изменить напряжение между обкладками конденсатора, следует сообщить ему электрический заряд. Заряд, помноженный на напряжение, является энергией. То есть конденсатор накапливает и отдаёт электрическую энергию.

Катушка индуктивности также противодействует изменению, но не напряжения, а тока.

▍ Принцип работы преобразователя

Повышающий преобразователь напряжения работает таким образом. Потребитель подключён к источнику питания через катушку и диод. Если ничего не происходит, то напряжение на потребителе равняется входному минус падение на диоде и активном сопротивлении катушки.

Но после катушки имеется выключатель, замыкающий цепь, состоящую из источника питания и катушки. В настоящем преобразователе это транзистор, который может быть полевым или биполярным. Также он бывает отдельным или встроенным в микросхему.

Когда этот выключатель замыкает цепь, ток в катушке растёт. Активное сопротивление катушки обычно невелико, поэтому включать следует ненадолго, чтобы ничего не сжечь.

Когда выключатель разрывает цепь, катушка пытается удерживать ток неизменным. Теперь для тока нет пути через выключатель, поэтому он пойдёт через диод к потребителю.

В результате размыкания выключателя ток снизился. В момент уменьшения тока в катушке возникает электродвижущая сила (ЭДС), то есть напряжение. Она имеет такую полярность, чтобы вызвать ток в том же направлении, куда он шёл, когда выключатель был включён.

То есть это дополнительное напряжение прибавляется к ЭДС источника. Поэтому потребитель получает большее напряжение, чем даёт первоначальный источник. Что и даёт основания называть преобразователь повышающим.

Параллельный потребителю конденсатор сглаживает скачки напряжения. Когда катушка вырабатывает электродвижущую силу, он заряжается до повышенного напряжения. Когда катушка заряжается током через выключатель, конденсатор отдаёт накопленный заряд потребителю.

Эти два реактора или интегратора, катушка и конденсатор, являются неотъемлемыми участниками процесса повышающего преобразования и обязательными составляющими преобразователя.

Также обязательным является диод, мешающий конденсатору разряжаться через выключатель. Диод пропускает ток только в одну сторону. Если потребителем является аккумулятор, диод предотвращает его разрядку через выключатель.

▍ Свойства катушки индуктивности

Напряжение на выходе преобразователя зависит от разряжающего конденсатор потребляемого тока и заряжающей его энергии, отдаваемой катушкой в каждом рабочем цикле. Энергия магнитного поля катушки с током равна индуктивности катушки, помноженной на квадрат силы тока в ней.

Со своей стороны, сила тока через катушку зависит от напряжения первоначального источника и времени, в течение которого она заряжалась. Потому что при накоплении магнитной энергии ток в катушке растёт постепенно.

Мы можем наблюдать, как медленно растёт ток (в динамике — на видео ниже). Осциллограф показывает напряжение на последовательном резисторе, которое по закону Ома зависит от тока.

Резистор, преобразующий ток в напряжение с целью измерения тока или обратной связи по току, называется шунтом.

Видим красивый экспоненциальный фрагмент кривой намагничивания, потому что катушка заряжается током как конденсатор напряжением. Когда разрываем цепь, наблюдаем вспышку неоновой лампочки.

Для пробоя межэлектродного промежутка и установления тлеющего разряда ей нужно по крайней мере 50 вольт. Скорее даже 80. Напряжение батареи 3 вольта. Видим, как катушка повышает напряжение в десятки раз.

▍ Изучаем схему

Теперь рассмотрим схему преобразователя. Он построен на микросхеме MC34063. Конденсатор С3 определяет частоту колебаний. Ёмкость 100 пикофарад соответствует самой высокой частоте этой микросхемы, 100 килогерц. То есть сто тысяч включений и отключений в секунду. Наши электронные друзья умеют работать так быстро.

Резистор R2 определяет пиковый ток выходного транзистора, то есть нашего выключателя. Это шунт. Когда напряжение на нём достигает 300 милливольт, микросхема закрывает транзистор, чем прекращает дальнейший рост тока. 300 милливольт на сопротивлении 1 Ом будет при токе 300 миллиампер.

Сопротивление R1 ограничивает ток базы выходного транзистора. Это не шунт, потому что этот резистор не превращает ток в напряжение, которое чем-либо управляет, а просто ограничивает ток по закону Ома.

Маленький светодиод D2 выполняет две обязанности. Это индикатор работы прибора, а самое главное, нагрузка холостого хода.

Нагрузка холостого хода обязательна для любого преобразователя или стабилизатора, потому что они не могут работать, когда энергия не потребляется. Нечего преобразовывать, нечего стабилизировать.

Теперь самое интересное. Любой стабилизатор имеет вход обратной связи. Стабилизатор управляет движением чего-либо, например, электрического тока, так, чтобы напряжение обратной связи всегда равнялось определённой величине.

Линейный стабилизатор напряжения открывает выходной транзистор настолько, чтобы напряжение между выходом и ножкой обратной связи равнялось 5 вольтам, если это 7805, или 1.25 В в случае LM317.

Всё лишнее напряжение падает на транзисторе линейного стабилизатора. Этот транзистор подключён последовательно с потребителем. Поэтому ток через них один и тот же.

Пусть он равен, например, одному амперу. Напряжение питания 9 В, напряжение потребителя 5 В. То есть на транзисторе падает четыре вольта.

Мощность равна току, помноженному на напряжение. Поэтому общее потребление от источника питания составит 9 Вт. Но потребитель получит всего 5 Вт. Четыре ватта теряются на транзисторе стабилизатора. Они его нагревают.

Это пустая трата энергии, что особенно плохо в условиях автономного питания от аккумуляторов, генераторов или батарей. Ещё линейный стабилизатор нуждается в радиаторе для охлаждения. Он имеет объём, вес и цену. Потому нищие сталкеры и туристы не любят линейных стабилизаторов, и среди энтузиастов они одними из первых в стали глубоко исследовать DC-DC-конвертеры.

А некоторые перешли на тёмную сторону бестопливных генераторов, сверхъединичного КПД, красной ртути и рептилоидов.

В отличие от линейного, импульсный преобразователь полностью открывает и закрывает выходной транзистор. Когда транзистор полностью открыт, на нём падает небольшое напряжение, поэтому и тепла выделяется гораздо меньше. Ещё импульсный преобразователь умеет повышать напряжение, тогда как линейный только снижает.

Итак, вход обратной связи этой импульсной микросхемы – её пятая ножка. MC34063 управляет коэффициентом заполнения так, чтобы удерживать на ножке ОС напряжение 1.25 вольта.

Коэффициент заполнения — это соотношение промежутка времени, когда транзистор открыт, к общему периоду колебания.

На схеме к ножке обратной связи подключён делитель напряжения R3R4. Резистор R4 имеет сопротивление 1.2 килоома. Напряжение на нём почти равно 1.2 вольтам, поэтому ток будет равен одному миллиамперу.

Поэтому на резисторе R3 сопротивлением 10 кОм будет напряжение 10 В. 10 + 1.2 = 11.2, то есть почти 12 В на выходе преобразователя. Это обратная связь по напряжению.

Чтобы получить обратную связь по току, следует предусмотреть шунт, напряжение на котором при желаемом токе будет равно 1.25 В. Страница набора на сайте разработчика говорит, что преобразователь при пяти вольтах на входе и 12 на выходе выдержит 60 миллиампер.

Я планирую использовать светодиодную матрицу с рабочим напряжением около 10 вольт. То есть в ней последовательно соединены три белых светодиода. Выходит, что выходное напряжение преобразователя будет то же самое, 10 В на светодиоде плюс 1.25 В на шунте.

Но питать преобразователь буду не от пятивольтового USB-пауэрбанка, а от литиевого аккумулятора. Его минимальное напряжение 3.7 В.

Нагрузка на катушку и транзистор повышающего преобразователя тем выше, чем ниже входное напряжение.

Микросхема в этом наборе достаточно мощная, но катушка слабая. Поэтому с выхода преобразователя можно потреблять ток (60/5)*3.7 = 44 миллиампера. Следовательно, сопротивление шунта должно быть 30 Ом.

Этот огромный светодиод может потреблять ток до 900 мА. Но в таком случае ему нужен радиатор. Если использовать более мощную катушку, можно сделать повышающий преобразователь с более высоким выходным током.

Соответственно можно установить с помощью резистора R2 больший пиковый ток, но не более полутора ампер, потому что для нашей микросхемы это предел.

Ещё я хочу добавить плавное управление яркостью. Для этого подсоединю шунт ко входу обратной связи не напрямую, а через резистор на 1.2 кОм. Вход ОС микросхемы имеет высокое сопротивление, поэтому этот резистор сам по себе ничего не изменит.

Добавим переменный резистор 50 кОм и последовательно с ним постоянный 5 кОм, чтобы предотвратить непосредственное соединение ножки обратной связи с выходом преобразователя.

Теперь напряжение обратной связи будет равно сумме напряжений на шунте и на дополнительном резисторе 1.2 кОм. Микросхема поддерживает напряжение ОС постоянным. Оно всегда равняется 1.25 вольта.

Поэтому напряжение на шунте, а соответственно и ток светодиода, будет меньше на величину напряжения на дополнительном резисторе. Это напряжение зависит от тока через переменный резистор.

Если этот ток равен одному миллиамперу, то шунту остаётся вообще ноль вольт. Иными словами, светодиод выключен.

Все или почти все знают, что светодиод питается током. Чем выше ток, тем ярче свет. При этом напряжение на светодиоде при разных токах остаётся почти постоянным.

Иногда светодиоды даже используют как стабисторы, то есть стабилизаторы напряжения. Поэтому считаем, что напряжение на этих трёх резисторах 50к, 5к и 1.2к равно десяти вольтам.

Если ручка переменного резистора в положении 0 Ом, сопротивление этой цепи равно 6.2 килоома. Ток выше 1 миллиампера, то есть светодиод выключен.

Если ручка в положении 50 кОм, то общее сопротивление равняется 56 кОм. Ток равен 180 микроамперам.

Это 18% от одного миллиампера. Поэтому можно уменьшить сопротивление шунта на восемнадцать процентов. Выходит 26 Ом.

Получается регулятор яркости. Если светодиод всегда присоединён к выходу преобразователя, то больше ничего не нужно. Светодиод будет ограничивать выходное напряжение преобразователя.

Если светодиода нет, или выходное напряжение ниже рабочего напряжения светодиода, то есть он закрыт и не принимает участие в работе схемы, цепь управления яркостью работает как ОС по напряжению.

Ток делителя равен одному миллиамперу. То есть число вольт на выходе равно числу килоом общего сопротивления делителя. Наименьшее напряжение выходит 6.2 вольта. Это приемлемо.

Но наивысшее напряжение получается 56 вольт, что слишком высоко. Это может повредить электролитический конденсатор и диод.

Как сделать обратную связь по напряжению так, чтобы она не мешала регулятору яркости? Нам может помочь стабилитрон. Это особый диод, подключаемый в обратном направлении.

Если напряжение на нём ниже его рабочего, он остаётся закрытым и ничего не делает. Если напряжение достигает рабочего, то стабилитрон открывается и стабилизирует напряжение.

То есть когда светодиод подключён, стабилитрон не мешает работе фонарика. Когда светодиода нет, выходное напряжение будет равно 12 + 1.25 = 13.25 В. Или меньше, в зависимости от положения регулятора яркости.

▍ Сборка и испытания

Теперь можно собрать преобразователь с теми изменениями схемы, которые мы сейчас разработали.

Фонарик неплохо светит и освещает. Если напечатать на 3D-принтере или изготовить иным способом хороший корпус, то получится полезный экономный фонарик. Ещё не помешает добавить контроллер зарядки, желательно современный, чтобы быстро заряжать аккумулятор.

Потребление тока на холостом ходу меньше десяти миллиампер. Это много, но энергия тратится не на пустой нагрев, а на работу красного светодиода, благодаря которому фонарик легко отыскать в темноте. Конечно же, можно и нужно добавить выключатель питания.

При максимальной яркости цепь потребляет 130 мА. То есть аккумулятора типоразмера 18650 хватит на сутки или несколько суток, в зависимости от яркости и времени использования. Следует учитывать, что ЭДС аккумулятора при разрядке снижается. При неизменной мощности преобразования растёт потребляемый ток.

900-миллиамперная матрица работать от преобразователя отказалась. Ей нужно по крайней мере 200-300 мА. Маленький ток матрица просто съедает и даже не светится.

Поэтому я сделала матрицу 2p3s (два параллельно, три последовательно) из обычных 5-миллиметровых белых светодиодов. Выходит допустимый ток 2*20 = 40 мА, рабочее напряжение 3*3.3 = 10 В. Снижать сопротивление шунта до 26 Ом не стала, оставила 30. Тем более, что как раз такой резистор у меня был в наличии.

Подобным образом можно переделать в драйверы светодиодов или блоки питания для мастерской и другие DC-DC преобразователи. Обратная связь по току — это ещё и защита от перегрузки или короткого замыкания.

Например, так выглядел драйвер фары электромопеда на базе понижающего преобразователя. В правой части фото несимметричный мультивибратор — электронный прерыватель для зуммера, который пришлось сделать потому, что штатный прерыватель в зуммере не работал.

Опишите в комментариях свой опыт работы со светодиодами и преобразователями напряжения.

Источник

Сегодня мы будем управлять яркостью светодиода с помощью ШИМ каналов.

Схема подключения на макетной плате:

Интенсивность свечения будет регулироваться от 0 до 254 едениц, где 0 — вчетодиод выклчюен, а 254 — горит максимально (Например при 127 яркость будет на 50%).

Для этого нам понабодится:

  • Ардуино
  • Бредборд
  • Провода
  • Светодиод
  • Кнопки
  • Резисторы

Для подключения светодиода необходимо использовать резистор. Номинал резистора подбирается для каждого светодиода индивидуально, в зависимости от его рабочего напряжения и тока. Обычно резистор в 1 кОм. Можно использовать как универсальный вариант.

Управление реализуем с помощью двух тактовых кнопок. Подключать тактовые кнопки необходимо через подтягивающие резисторы (К земле, GND), для защиты от статических наводок (Ложные срабатывания кнопок от одного лишь касания и тд.). Номинал может быть различный. Рекомендуем вам использовать резисторы 10 кОм — 100 кОм.

Код программы: 

int led = 11;         //  Номер Pin к которому подключен диод
int brightness =0;    //  Переменная в которой хранится уровень яркости (От 0 до 254) 
int buttonPlus=9;     //  Номер Pin к которому подключена кнопка  
int buttonMinus=10;   //  Номер Pin к которому подключена кнопка -
void setup()  { 
  pinMode(led, OUTPUT); // Порт 11 (led) будет работать как Выход.
} 
void loop()  { // Этот цикл будет выполняться бесконечное количество раз.
  if (digitalRead(buttonPlus) == HIGH) { 
    brightness   +=   5; 
  }   // Делаем проверку, если вход под номером 9 (buttonPlus) имеет состояние  5 В. Увеличиваем значение переменной яркости на 5 единиц.
  if (digitalRead(buttonMinus) == HIGH) { 
    brightness -=  5; 
  }   // Делаем проверку, если вход под номером 10 (buttonMinus) имеет состояние  5 В. Уменьшаем значение переменной яркости на 5 единиц. 
  brightness = constrain(brightness, 0, 254); // Эта функция контролирует, что бы переменная brightness не стала больше 254 и меньше 0, если значение вылазит за границу то функция 0 или 254
  analogWrite(led, brightness);    // Устанавливаем состояние яркости для светодиода 
  delay(50); // Пауза 50 миллисекунд.                            
}
Источник

Понравилась статья? Поделить с друзьями:

Читайте также:

  • Как изменить яркость светодиодных ламп
  • Как изменить яркость светодиодной ленты на ардуино
  • Как изменить яркость светодиода ардуино
  • Как изменить яркость светодиода arduino
  • Как изменить яркость рабочего стола windows 10

    • 0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Подписаться
    Уведомить о
    guest

    0 комментариев
    Старые
    Новые Популярные
    Межтекстовые Отзывы
    Посмотреть все комментарии