Меню

Светильник с плавной регулировкой яркости схема



Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

Регулировка яркости источников света применяется, для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места. Регулировка яркости возможна устройство нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В таком случае вы получите ступенчатое изменение освещенности, а также отдельные светящиеся и выключенные лампы, что может вызвать неудобства.

Стильные и актуальные дизайнерские решения включают в себя плавную регулировку общей освещенности при условии свечения всех ламп. Это позволяет создать как интимную обстановку для отдыха, так и яркую для торжеств или работы с мелкими деталями.

Ранее, когда основными источниками света были лампы накаливания и точечные светильники с галогенными лампами проблем с регулировкой не возникало. Использовался обычный 220В диммер на симисторе (или тиристорах). Который обычно был в виде выключателя, с поворотной ручкой вместо клавиш.

С приходом энергосберегающих (компактных люминесцентных ламп), а потом и светодиодных такой подход стал невозможен. В последнее же время подавляющее большинство источников света – это светодиодные светильники и лампочки, а лампы накаливания запрещены для использования в осветительных целях во многих странах.

Занятно то, что на упаковке от отечественных ламп накаливания сейчас указывают что-то вроде: «Электрический теплоизлучатель».

В этой статье вы узнаете о принципе регулирования яркости светодиодов, а также о том, как это выглядит на практике.

Содержание статьи

Теория

Любой полупроводниковый диод – это электронный прибор, который пропускает ток в одном направлении. При этом протекание тока не имеет линейно зависимости от приложенного напряжения, скорее она напоминает ветвь параболы. Это значит, что когда вы к светодиоду приложите малое напряжение – ток протекать не будет.

Ток через него протечет только в том случае, когда напряжение на диоде превысит пороговое значение. Для обычных выпрямительных диодов оно лежит в пределах от 0.3В до 0.8В в зависимости от материала из которого сделан диод. Кремниевые диоды берут на себя около 0.7В, германиевые 0.3В. Диоды Шоттки порядка 0.3В.

Светодиод не стал исключением. Пороговое напряжение белого светодиода около 3В, вообще оно зависит от полупроводника из которого он сделан, от этого зависит и цвет его свечения. Так, на красном светодиоде напряжение около 1.7 В. При достижении этого напряжения начнет протекать ток, и светодиод начнет светиться. Ниже вы видите вольтамперную характеристику светодиода.

Яркость свечения светодиода зависит от силы тока через него. Это отражено на графике ниже.

Яркость идеального теоретического светодиода линейно зависит от тока, но в реальности дела несколько отличаются. Это связано с дифференциальным сопротивлением диода и его тепловыми потерями.

Светодиод – прибор, который питается током, а не напряжением. Соответственно, для регулировки его яркости нужно изменять силу тока.

Разумеется, что сила тока зависит от приложенного напряжения, но как вы можете судить из первого графика, даже незначительное изменение напряжения влечет за собой несоизмеримое увеличение тока.

Поэтому регулирование яркости с помощью простого реостата – занятие бесполезное. В такой схеме, при уменьшении сопротивления реостата светодиод внезапно загорится, а после его яркость незначительно возрастет, далее, при чрезмерном приложенном напряжении, он начнет сильно греется и выйдет из строя.

Отсюда выходит задание: Регулировать ток при определенном значении напряжения с незначительным его изменением.

Способы регулирования яркости светодиодов: линейные «аналоговые» регуляторы

Первое что приходит в голову это использовать биполярный транзистор, ведь его выходной ток (коллектора) зависит от входного тока (базы), включенного по схеме общего коллектора. Мы уже рассматривали их работу в большой статье о биполярных транзисторах.

Вы изменяете ток базы изменяя падение напряжения на переходе эмиттер-база с помощью потенциометра R2, резисторы R1 и R3 нужны для ограничения тока при максимально открытом транзисторе рассчитываются исходя из формулы:

R=(Uпитания-Uпадения на светодиодах-Uпадения на транзисторе)/Iсвет.ном.

Эту схему я проверял, она неплохо регулирует ток через светодиоды и яркость свечения, но заметна некоторая ступенчатость на определенных положениях потенциометра, возможно это связано с тем, что потенциометр был логарифмическим, а возможно из-за того что любой pn-переход транзистора это тот же диод с такой же ВАХ.

Лучше для этой задачи подойдет схема стабилизатора тока на регулируемом стабилизаторе LM317, хотя её чаще применяют в роли стабилизатора напряжения.

Её можно и использовать для получения фиксированного тока при постоянном напряжении. Это особенно полезно при подключении светодиодов к бортовой сети автомобиля, где напряжение в сети при заглушенном двигателе около 11.7-12В, а при заведенном доходит до 14.7В, разница более чем в 10%. Также отлично работает и при питании от блока питания.

Расчёт выходного тока достаточно прост:

Получается достаточно компактное решение:

Читайте также:  Регулировка фар на поло седан по горизонтали

Этот способ не отличается высоким КПД, он зависит от разницы напряжений между входом стабилизатора и его выходом. Всё напряжение «сгорает» на LM-ке. Потери мощности здесь определяются по формуле:

Чтобы повысить эффективность работы регулятора, нужен кардинально другой подход – импульсный регулятор или ШИМ-регулятор.

Способы регулирования яркости: ШИМ-регулировка

ШИМ расшифровывается, как «широтно-импульсная модуляция». В её основе лежит включение и выключение питания нагрузки на высокой скорости. Таким образом, мы получаем изменение тока через светодиод, поскольку каждый раз на него подается полное напряжение, необходимое для его открытия. Он быстро включается и отключается на полную яркость, но из-за инерционности зрения мы этого не замечаем и это выглядит как снижение яркости.

При таком подходе источник света может выдавать пульсации, не рекомендуется использовать источники света с пульсациями более 10%. Подробные значения для каждого вида помещений описаны в СНИП-23-05-95 (или 2010).

Работа под пульсирующим светом вызывает повышенную утомляемость, головные боли, а также может вызвать стробоскопический эффект, когда вращающиеся детали кажутся неподвижными. Это недопустимо при работе на токарных станках, с дрелями и прочим.

Схем и вариантов исполнения ШИМ-регуляторов великое множество, поэтому все их перечислять бессмысленно. Простейший вариант – это собрать ШИМ-контроллер на базе микросхемы-таймера NE555. Это популярная микросхема. Ниже вы видите схему такого светодиодного диммера:

А вот фактически это одна и та же схема, разница в том, что здесь исключен силовой транзистор и она подходит для регулировки 1-2 маломощных светодиодов с током в пару десятков миллиампер. Также из неё исключен стабилизатор напряжения для 555-микросхемы.

Подробнее про широтно-импульсную модуляцию:

Как регулировать яркость светодиодных ламп на 220В

Ответ на этот вопрос простой: обычные светодиодные лампы практически не регулируются – т.е. никак. Для этого продаются специальные диммируемые светодиодные лампы, об этом написано на упаковке или нарисован значок диммера.

Пожалуй, самый широкий модельный ряд диммируемых светодиодных ламп представлен у фирмы GAUSS – разных форм, исполнений и цоколей.

Устройство диммируемых светодиодных ламп:

Почему нельзя диммировать светодиодные лампы 220В

Дело в том, что схема питания обычных светодиодных ламп построена либо на базе балластного (конденсаторного) блока питания. Либо на схеме простейшего импульсного понижающего преобразователя первого рода. 220В диммеры в свою очередь просто регулируют действующее значение напряжения.

Различают такие диммеры по фронту работы:

1. Диммеры срезающие передний фронт полуволны (leading edge). Именно такие схемы чаще всего встречаются в бытовых регуляторах. Вот график их выходного напряжения:

2. Диммеры срезающие задний фронт полуволны (Falling Edge). Различные источники утверждают, что такие регуляторы лучше работают как с обычными, так и с диммируемыми светодиодными лампами. Но встречаются они гораздо реже.

Обычные светодиодные лампы практически не будут изменять яркость с таким диммером, к тому же это может ускорить их выход из строя. Эффект такой же, как и в схеме с реостатом, приведенной в предыдущем разделе статьи.

Стоит отметить, что большинство дешевых регулируемых LED-ламп ведут себя точно также, как и обычные, а стоят дороже.

Регулировка яркости светодиодных ламп – рациональное решение 12В

Светодиодные лампы на 12В широко распространены в цоколях для точечных светильников, например G4, GX57, G5.3 и другие. Дело в том, что зачастую в этих лампах отсутствует схема питания как таковая. Хотя в некоторых установлен на входе диодный мост и фильтрующий конденсатор, но это не влияет на возможность регулирования.

Это значит, что можно регулировать такие лампочки с помощью ШИМ-регулятора.

Таким же образом, как и регулируют яркость LED-ленты. Простейший вариант регулятора, вот такой вот на проводках, в магазинах они обычно называются как: «12-24В диммер для светодиодной ленты».

Они выдерживают, в зависимости от модели, порядка 10 Ампер. Если вам нужно использовать в красивой форме, т.е. встроить вместо обычного выключателя, то в продаже можно найти такие сенсорные 12В диммеры, или варианты с вращающейся ручкой.

Вот пример использования такого решения:

Ранее применялись галогеновые лампы на 12В их питали от электронных трансформаторов, и это было отличным решением. 12 вольт – это безопасное напряжение. Чтобы запитать эти лампы на 12В электронный трансформатор не подойдет, нужен блок питания для светодиодных лент. В принципе, переделка освещения с галогеновых на светодиодные лампы в этом и заключается.

Заключение

Самым разумным решением регулирования яркости светодиодного освещения является использовании 12В ламп или светодиодных лент. При понижении яркости возможно мерцание света, для этого можно попробовать использовать другой драйвер, а если вы делаете шим-регулятор своими руками – увеличить частоту ШИМ.

Источник

Регулятор яркости светильника

В предлагаемом устройстве используется так называемый фазоимпульсный способ регулирования среднего тока через нагрузку. Он изменяется благодаря тому, что нагрузка-светильник подключается к сети не непосредственно, а электронным ключом через некоторое время после появления очередной полуволны сетевого напряжения. Изменяя это время, потребляемую нагрузкой от сети мощность можно регулировать практически от нуля до максимума. Для лампы светильника это означает изменение яркости ее свечения
При замыкании контактов выключателя S1 лампа L1 включается не сразу, а плавно в зависимости от емкости конденсатор C2. Это увеличивает срок службы самой лампы, т.к. мы знаем, что лампы обычно сгорают при включении — резком подключении напряжения.

Читайте также:  Регулировка клапанов на оке своими руками

Лампа L1 (220V 100W) собственно и является светильником. Все резисторы на 0,25W, кроме R8, который на 2W. При монтаже расположите этот резистор в 2mm над поверхностью платы, чтобы не нагревались остальные детали. Конденсатор C1 пленочный, тринистор КУ202Л можно заменить на КУ202К, КУ202М, КУ202Н. Соблюдайте условия его включения в схеме. Подключите неправильно — работать не будет.
В корпусе, в котором Вы разместите устройство, обязательно просверлите отверстия для вентиляции, т.к. элементы R8, VS1 в процессе работы нагреваются.

Ниже вы можете скачать печатную плату в формате LAY ( Автор фото, видео и ПП: Азаркин Денис Александрович)

Источник

Светодиодный светильник с регулировкой яркости

Как быстро летит время и как медленно меняется мир вокруг нас… А если быть точнее, то «…как медленно свершаются дела»… Почти полтора года прошло, как собрался сделать небольшой светильник для подсветки клавиатуры и околоприлегающих поверхностей стола, уже и эксперименты с выбором нужного уровня освещённости были проведены, и кусок светодиодной ленты давно лежит и пылится (рис.1), и даже конструкция «вчерне» продумана, но что-то всё же сдерживало и мешало приступить к реализации. И очень не хотелось использовать сетевой блок питания. А так как мощности с USB разъёма слишком мало для комфортной работы, то единственный простой путь – поставить на задней стенке системника отдельный разъём и подать на него 12 вольт с блока питания компьютера. В общем-то, ничего сложного, но всё же до сегодняшнего времени никак не мог собраться и сдвинуть дело с мёртвой точки.


Рис.1

А тут осенило – надо привнести какую-нибудь радиолюбительскую задумку и всё пойдёт само собой. Ну, понятно же, что если в конструкции нет ничего, что надо паять и настраивать, то это скучно, пресно и неинтересно. Осталось придумать, что нужно светильнику для работы… Да, вроде, ничего кроме питания. Придётся что-то с ним делать. А что? Можно, к примеру, преобразователь DC-DC соорудить, можно регулировку напряжения для выставления нужного уровня освещённости. Преобразователь собирать – совсем уже бестолково, да и хватит умножать помехи в эфире, а вот регулировку напряжения питания – это уже что-то. Да и «изюминка» появляется – раз питание ленты 12 вольт и питание в компьютере тоже 12 вольт, то схему надо собрать так, чтобы для сохранения максимально возможной яркости свечения светодиодов, на регулирующем элементе было минимально возможное падение напряжения. Раз входное напряжение достаточно стабильное, то делать стабилизацию выходного смысла нет .

Для снижения напряжения потерь на регулирующем элементе была выбрана схема с применением p – n – p-транзистора (VT2 на рисунке 2) [1]. В таком включении потери не превышают 0,1…0,3 В при достаточно большом выходном токе. Регулировка выходного напряжения осуществляется резистором R5, изменяющим в небольших пределах напряжение на база-эмиттерном переходе транзистора VT1, который от этого меняет своё выходное сопротивление (выходной коллекторный ток) и это в свою очередь вызывает изменение база-эмиттерного напряжения на транзисторе VT2 и изменение его выходного сопротивления. Соответственно, регулировка происходит за счёт перераспределения напряжений (на транзисторе и на нагрузке).


Рис.2

Сначала для стабилизации напряжения открывания для транзистора VT1 использовался один стабилитрон КС133А, но при проверке схемы «по месту» было замечено изменение уровня освещённости в моменты запуска DVD-привода. Оказалось, что в эти моменты происходит небольшая и короткая просадка напряжения +12 В, а соответственно, и небольшое изменение уровня напряжения стабилизации. Но всё равно заметно, особенно в режиме максимального свечения светодиодов. Установка параллельно стабилитрону электролитического конденсатора большой ёмкости немного улучшала работу, но лучше оказалось установить ещё один предварительный каскад на стабилитроне VD1. Фильтр низких частот, собранный на элементах R1C1 стоит также для снижения пульсаций напряжения питания и хоть на резисторе происходит дополнительное падение напряжения, но всё же «плюсов» от его установки больше, чем «минусов».

Понятно, что при наличии большого количества разных стабилитронов можно позволить себе устанавливать два последовательных звена стабилизации, но у меня их не очень много, а зато есть элементы TL431 – регулируемые прецизионные шунтовые регуляторы, как называются они в даташите. Вот на одном из них и была собрана окончательная схема (рис.3).

Читайте также:  Регулировка фар субару форестер 2011


Рис.3

Принцип работы точно такой же, что и у схемы на рисунке 2. Образцовое напряжение 2,5 В поступает на делитель R3R4R5R6. Резистор R4 – переменный и плавное изменение его сопротивления от минимума к максимуму приводит к плавному повышению напряжения 0148 на базе транзистора VT1 с 0,6 В до 0,7 В (примерно). Это заставляет его приоткрываться и напряжение на базе VT2 уменьшается 11,9 В до 11,23 В. И это, опять же, плавно переводит VT2 из состояния «почти закрытый» в состояние «почти полностью открытый». В последнем случае общие потери напряжения на резисторе R1 и транзисторе VT2 не превышают 0,27 В при токе в нагрузке около 0,11…0,12 А.

Настройка схемы заключается в проверке напряжения +2,5 В на стабилитроне VD1 и подборе сопротивления резистора R5 для обеспечения изменения выходного напряжения в необходимых пределах (например, от 0,1 В до 11,8 В).

Печатная плата (рис.4) размерами 40х40 мм разведена под обыкновенные выводные элементы. Постоянные резисторы – МЛТ 0,25 Вт и 0,5 Вт, переменный – SH-R115SR с шагом выводов 3,75 мм. Резисторы R5 и R6 при пайке можно поменять местами для удобства настройки. На рисунке показан вид на плату со стороны печати, т.е. при её изготовлении «лазерно-утюжным методом», нужно включать функцию «зеркально».


Рис.4

В компьютере на задней стенке установлен дополнительный разъём питания марки СР-50 (гнездо). В качестве шнура питания, подающего напряжение на плату, используется коаксиальный кабель РК-75-2 с разъёмом СР-50 (штекер) на одном конце. Другой конец кабеля впаян напрямую в печатную плату.

Теперь о конструктивном исполнении самого светильника. Сначала в качестве отражателя и держателя светодиодной ленты хотел применить подходящий по габаритам отрезок строительного металлического П-образного профиля, но он выглядит грубо и требует покраски. Затем попробовал использовать одну «половинку» от пластикового короба для прокладки кабеля («кабельканал»). Тоже как-то «не камильфо», но смотрится уже намного лучше. Походив по магазинам, остановил свой выбор на водопроводной металлопластиковой трубе диаметром 20 мм. Разрезал вдоль отрезок нужной длины и использовал ту половинку, что без маркировок. Сначала думал закрепить светильник на жёсткой стойке на клавиатуре, но потом решил, что нужно иметь некоторую свободу для его перемещения, поэтому сделал длинный гибкий пружинный держатель из стальной проволоки диаметром 1,5 мм. Но потом заменил её на медную диаметром 2,2 мм , так как стальная была слишком жёсткой для манипуляций.

Процесс в фотографиях. На рисунке 5 приготовленные заготовки – 17 см светодиодной ленты и кусок пластиковой водопроводной трубы длиной 23 см.


Рис.5

На рисунке 6 видно начало разреза трубы ножовкой по металлу.


Рис.6

Распил сделал почти до самого края — оставил не тронутыми около 2-3 см. Эти сантиметры нужны для того, чтобы сделать «ушко», к которому будет прикручена проволока – держатель светильника. Прорезал оставшееся расстояние ножницами по металлу (рис.7).


Рис.7

«Ушко» немного отогнул и просверлил в нём отверстие диаметром 4,5 мм (рис.8). Затем всё это аккуратно обработал ножницами, ножом, напильниками и наждачной бумагой до приобретения приемлемого вида.


Рис.8

К «ушку» прикрутил медную проволоку нужной длины (рис.9).


Рис.9

Провода, подводящие питание, припаяны к пластине из фольгированного текстолита. А потом уже от неё протянуты проводники к контактам «плюс» и «минус» ленты. На рисунке 10 видно, что проводов не 2, а 4 – это просто взято с запасом – мало ли что, может какое управление или контроль чего-либо захочется сделать, пусть будут… Кстати, проволоку тоже можно использовать как проводник…


Рис.10

Хоть светодиодная лента и имеет клеевую основу для крепления к поверхностям, но маленький радиус изгиба трубы никак не даёт ей нормально прикрепиться, поэтому лента в нескольких местах приклеена термоклеем (рис.11).


Рис.11

Печатная плата была закреплена в подходящем корпусе (от УКВ блока какого-то приёмника) и прикручена к куску ДСП (рис.12), который в свою очередь прикручен к вертикальной стенке стеллажа.


Рис.12

Пока ещё есть небольшие недоделки — ДСП не покрашена и проволочный держатель не обтянут белой термоусадочной трубкой, но всё уже работает и при вечерних сумерках за окном выглядит примерно как на рисунке 13. Это при средней яркости свечения светильника — запас по напряжению есть ещё большой.


Рис.13

Литература.
1. Титце У., Шенк К. «Полупроводниковая схемотехника». Москва, изд. «Мир», 1982 год.

Андрей Гольцов, r9o-11, г. Искитим, май 2015

Источник

Adblock
detector