Плата плавного розжига светодиодов
Необычные компоновки LED-светильников находят все большее применение в автомобилестроении, в дизайнерском оформлении зданий и помещений, создании непередаваемой атмосферы игры света на различных массовых мероприятиях. Учитывая возможность самостоятельно смонтировать плавное включение светодиода, в ближайшие годы можно ожидать еще большего их распространения. Даже простая схема для плавного розжига и выключения светодиодов значительно повышает комфортность их применения:
- подсветка на приборах включается/выключается плавно, не ослепляя водителя в ночное время;
- свет в салоне зажигается постепенно при открытии дверей;
- плавное включение габаритного освещения значительно продлевает срок эксплуатации LED-светильников.
Примечательно, что устройство плавного розжига светодиодных ламп, при небольшой потребляемой мощности, предполагает лишь параллельный монтаж полярного конденсатора. Емкость конденсатора не должна быть больше 2200 МкФ, а его плюсовой вывод припаивается к анодному проводу светодиода. Отрицательный вывод – присоединяется к катодному проводу.
О полярности при пайке конденсатора следует помнить, иначе он может просто взорваться при розжиге.
Алгоритм розжига на микроконтроллере
Все стало таким сложным после того, как был опробован самый простой линейный режим розжига, то есть когда светодиод разжигается равномерно, от начала и до полного своего номинального свечения. Однако как бы это не показалось странным, но такой розжиг смотрится не очень красиво.
В итоге было решено сделать так, вначале светодиод зажигается и постепенно набирает свечения, а через какое-то время скорость его розжига увеличивается. Это происходит в конце фазы выхода на номинальный режим.
Такая задержка полного розжига смотрится интереснее, а на графике ее представить можно примерно вот так.
Ну и как я уже упоминал, будет два канала, две цепи управления. Это позволит не столько разделить мощность, сколько сделать каждый из розжигов разным по времени выхода на номинальный режим.
В одном случае он будет разгораться быстрее, в другом медленнее. То есть можно будет и здесь выбрать то, что больше нравится вам.
Однако при таком раскладе, уже нельзя будет использовать обычный delay, то есть осуществлять задержку каналов обычным выжиданием. Ведь такой операнд сам по себе полностью занимает микроконтроллер, а в этом случае надо будет смотреть то за одним светодиодом (цепью), то за другим. В итоге взял операнд – «millis» и пришлось ввести переменную времени – «unsigned long»
Вот так из весьма простой затеи розжига получился целый квест. Само собой и код стал несколько сложнее, но оно того стоило. Теперь у меня есть два канала, теперь розжиг осуществляется не линейно, а с небольшой изначальной задержкой и увеличением скорости при выходе на номинальный режим.
Элементы схемы
Главный элемент управления – мощный n-канальный МОП транзистор IRF540, ток стока которого может достигать 23 А, а напряжение сток-исток – 100В. Рассматриваемое схемотехническое решение не предусматривает работу транзистора в предельных режимах. Поэтому радиатор ему не потребуется.
Вместо IRF540 можно воспользоваться отечественным аналогом КП540.
Сопротивление R2 отвечает за плавный розжиг светодиодов. Его значение должно быть в пределах 30–68 кОм и подбирается в процессе наладки исходя из личных предпочтений. Вместо него можно установить компактный подстроечный многооборотный резистор на 67 кОм. В таком случае можно корректировать время розжига с помощью отвертки.
Сопротивление R3 отвечает за плавное затухание светодиодов. Оптимальный диапазон его значений 20–51 кОм. Вместо него также можно запаять подстроечный резистор, чтобы корректировать время затухания. Последовательно с подстроечными резисторами R2 и R3 желательно запаять по одному постоянному сопротивлению небольшого номинала. Они всегда ограничат ток и предотвратят короткое замыкание, если подстроечные резисторы выкрутить в ноль.
Сопротивление R1 служит для задания тока затвора. Для транзистора IRF540 достаточно номинала 10 кОм. Минимальная емкость конденсатора С1 должна составлять 220 мкФ с предельным напряжением 16 В. Ёмкость можно увеличить до 470 мкФ, что одновременно увеличит время полного включения и выключения. Также можно взять конденсатор на большее напряжение, но тогда придется увеличить размеры печатной платы.
Управление по «минусу»
Выше переведенные схемы отлично подходят для применения в автомобиле. Однако сложность некоторых электрических схем состоит в том, что часть контактов замыкается по плюсу, а часть – по минусу (общему проводу или корпусу). Чтобы управлять приведенной схемой по минусу питания, её нужно немного доработать. Транзистор нужно заменить на p-канальный, например IRF9540N. Минусовой вывод конденсатора соединить с общей точкой трёх резисторов, а плюсовой вывод замкнуть на исток VT1. Доработанная схема будет иметь питание с обратной полярностью, а управляющий плюсовой контакт сменится на минусовой. 
Недавно решил собрать схему, которая позволила бы мне любую светодиодную ленту (будь то в автомобиле или дома) плавно разжигать.
Изобретать велосипед я не стал, и решил немного поGoogleить При поиске почти на каждом сайте находил схемы, где светодиодная нагрузка сильно ограничивается возможностями схемы. Мне же хотелось, чтобы схема всего лишь плавно поднимала напряжение на выходе, чтобы диоды плавно разгорались и схема было обязательно пассивной (не требовала дополнительного питания и в режиме ожидания не потребляла бы ток) и обязательно была бы защищена стабилизатором напряжения для увеличения срока жизни моей подсветки.
А так как плат пока я травить не научился, то решил что сначала нужно освоить самые простые схемы и при монтаже использовать готовые монтажные платы, которые как и остальные компоненты схемы, можно приобрести в любом магазине радиодеталей.
Для того что собрать схему плавного розжига светодиодов со стабилизацией мне нужно было приобрести следующие компоненты:
Вообще, готовая монтажная плат достаточно удобная альтернатива так называемому методу «ЛУТ» где с помощью программы Sprint-Layout, принтера и того же текстолита можно собрать почти любую схему. Так вот, новичкам следует всё таки сначала освоить более простой вариант, который значительно проще и что самое главное «прощает ошибки» и так же не требует наличия паяльной станции.
Немного упростив исходную схему решил её перерисовать:
В некоторых случаях от LED ламп или индикаторов требуется плавное включение и выключение. Естественно светодиод при обычной подаче питания включается мгновенно (в отличии от ламп накаливания), что требует применения в данном случае небольшой схемы управления. Она не сложная и в простейшем варианте представляет собой всего десяток радиодеталей, во главе с парочкой транзисторов.
Элементы схемы
Главный элемент управления – мощный n-канальный МОП транзистор IRF540, ток стока которого может достигать 23 А, а напряжение сток-исток – 100В. Рассматриваемое схемотехническое решение не предусматривает работу транзистора в предельных режимах. Поэтому радиатор ему не потребуется.
Вместо IRF540 можно воспользоваться отечественным аналогом КП540.
Сопротивление R2 отвечает за плавный розжиг светодиодов. Его значение должно быть в пределах 30–68 кОм и подбирается в процессе наладки исходя из личных предпочтений. Вместо него можно установить компактный подстроечный многооборотный резистор на 67 кОм. В таком случае можно корректировать время розжига с помощью отвертки.
Сопротивление R3 отвечает за плавное затухание светодиодов. Оптимальный диапазон его значений 20–51 кОм. Вместо него также можно запаять подстроечный резистор, чтобы корректировать время затухания. Последовательно с подстроечными резисторами R2 и R3 желательно запаять по одному постоянному сопротивлению небольшого номинала. Они всегда ограничат ток и предотвратят короткое замыкание, если подстроечные резисторы выкрутить в ноль.
Сопротивление R1 служит для задания тока затвора. Для транзистора IRF540 достаточно номинала 10 кОм. Минимальная емкость конденсатора С1 должна составлять 220 мкФ с предельным напряжением 16 В. Ёмкость можно увеличить до 470 мкФ, что одновременно увеличит время полного включения и выключения. Также можно взять конденсатор на большее напряжение, но тогда придется увеличить размеры печатной платы.
Что нужно
Для того, чтобы собрать схему плавного розжига светодиодов в первую очередь потребуется небольшой набор радиолюбителя, как навыков, так и инструментов:
- паяльник и припой;
- текстолит для платы;
- корпус будущего устройства;
- набор полупроводниковых приборов (резисторы, транзисторы, конденсаторы, светодиоды, диоды и т.д.);
- желание и время;
Как видно из списка, ничего особенного и сложного не требуется.
Регулятор яркости светодиодной подсветки приборов авто. Схема плавного розжига светодиодов.
Регулятор яркости светодиодной подсветки приборов авто.
Схема плавного розжига светодиодов.
Плавный розжиг & Регулятор яркости светодиодов подсветки приборов авто
Многие автолюбители переделывают подсветку приборной панели своего авто с обычных ламп накаливания на светодиоды, и зачастую, особенно при использовании супер-ярких, приборка сияет как новогодняя елка и режет по глазам ярким свечением, что требует применения дополнительного устройства, с помощью которого можно регулировать уровень яркости, как говорится, на свой вкус. Вообще существуют два метода регулировки, это аналоговое регулирование, которая заключается в изменении уровня постоянного тока светодиода, и ШИМ регулирование, то есть периодическое включение и выключение тока через светодиод на регулируемые промежутки времени. При ШИМ-регулировке частота импульсов должна быть не ниже 200 Гц, иначе на глаз будет заметно мерцание светодиодов . Ниже приведена принципиальная схема простейшего блока, реализованного на микросхеме-таймере NE555, отечественным аналогом которой является КР1006ВИ1, эта микросхема и формирует широтно-импульсные сигналы управления.
Уровень яркости подсветки регулируется переменным резистором номиналом 50 кОм, то есть этим резистором изменяется скважность импульсов управления. В качестве регулирующего элемента применен N-канальный полевой транзистор IRFZ44N, который можно заменить, например, на IRF640 или подобный.
Делать перечень примененных элементов наверно нет смысла, их в схеме не так уж и много, поэтому перейдем к рассмотрению печатной платы.
Печатная плата разработана в программе Sprint Layout, вид платы данного формата выглядит следующим образом:
Фото-вид платы ШИМ-регулятора LAY6 формата:
У многих возникает желание добавить к схеме регулятора эффект плавного розжига, и в этом нам поможет широко распространенная в интернете простенькая схемка:
На печатной плате мы разместили обе вышеприведенных схемы, и схему регулятора, и схему плавного розжига. LAY6 формат платы выглядит так:
Фото-вид LAY6 формата:
Фольгированный текстолит для платы односторонний, размер 24 х 74 мм.
Для установления желаемого времени розжига и затухания поиграйте номиналами резисторов, обозначенных на печатной плате звездочками, так же это время зависит от номинала электролитической емкости в схеме розжига, расположенной над выходным гнездом LED (С увеличением номинала конденсатора увеличится время).
Обращаем ваше внимание, что в схеме плавного розжига применен P-канальный MOSFET. Ниже показана цоколевка транзисторов:
Цоколевка транзистора КТ503
Цоколевка транзистора IRFZ44N
Цоколевка транзистора IRF9540
В дополнение к статье приводим еще один пример схемы с регулятором яркости и плавным розжигом светодиодов приборной панели авто:
Размер архива с материалами статьи – 0,4 Mb.
По какому принципу работает схема
Для неопытного мастера схема плавного розжига и затухания светодиодов может показаться сложной, но это не так. Помимо простоты, она отличается надёжностью и невысокими затратами на реализацию.
Сначала ток подаётся на второй резистор для зарядки конденсатора C1. На конденсаторе показатели не изменяются мгновенно, за счет чего происходит плавное открытие транзистора VT1. К затвору ток подаётся через первый резистор. Это провоцирует рост потенциала (положительного) на полевом транзисторе (его стоке), за счет чего светодиод включается плавно.
Когда произойдет отключение, конденсатор постепенно разрядится через резисторы R1 и R3. Скорость разрядки определяют по номиналу третьего резистора.
Управление по «минусу»
Выше переведенные схемы отлично подходят для применения в автомобиле. Однако сложность некоторых электрических схем состоит в том, что часть контактов замыкается по плюсу, а часть – по минусу (общему проводу или корпусу). Чтобы управлять приведенной схемой по минусу питания, её нужно немного доработать. Транзистор нужно заменить на p-канальный, например IRF9540N. Минусовой вывод конденсатора соединить с общей точкой трёх резисторов, а плюсовой вывод замкнуть на исток VT1. Доработанная схема будет иметь питание с обратной полярностью, а управляющий плюсовой контакт сменится на минусовой.
Приветствую Вас, дорогие друзья! Постоянные читатели наверняка помнят запись в моём БЖ с просьбой помочь разобраться со схемой плавного розжига. Хотелось бы кратко напомнить, в чём заключалась проблема. Тогда, уже почти месяц назад, я спаял всё согласно схеме, найденной на просторах Драйва, но работал плавный розжиг, к сожалению, не так, как должен. Перед тем, как начать плавно разгораться, диоды тускло мигали один раз (иногда просто тускло горели) и потом только начинается плавный старт. Светодиоды должны не сразу разжигается, а через 3-4 секунды, но изначально не мигать и не светиться вообще. Схему пробовал собирать как на монтажной плате, так и без платы вовсе – но диоды все равно тускло мигали. Перепробовал я тогда множество различных вариантов, но так и не смог добиться правильной работы.
Перечитав кучу форумов, пообщавшись со многими людьми, пришел в итоге к выводу, что схема является неверной, обрубком правильной рабочей полной схемы. Хотелось бы отметить, что “обрубленная” схема умеет только плавно разжигать диоды (да и то с миганием), а плавного затухания уже нет. Хотел также поблагодарить Тиму за советы!
Итак, теперь объясню, в чём же была ошибка в схеме, из-за которой я больше месяца провозился с изготовлением платы плавного розжига. Так как я достаточно далек от радиотехники, то объясню простым языком. В правильной полной схеме линия, подключенная к «постоянному минусу» разорвана установленным транзистором КТ503 и замыкается только после подачи на транзистор положительного управляющего сигнала. То есть получается, что плата плавного розжига постоянно подключена к «плюсу» и «минусу» («минус» общий на светодиоды и на элементы платы), но на светодиоды «минус» “поступает”, а на элементы платы – нет (так как линия разорвана транзистором КТ503). В “обрубленной” схеме почему-то этот транзистор был убран вовсе, но минус при этом остался общим, поэтому и работала схема не совсем правильно, и не было плавного затухания.
Принцип работы схемы (информация из интернета):
Управляющий «плюс» поступает через диод 1N4148 и резистор 4,7 кОм на базу транзистора КТ503. При этом транзистор открывается, и через него и резистор 68 кОм начинает заряжаться конденсатор. Напряжение на конденсаторе плавно растет, и далее через резистор 10 кОм поступает на вход полевого транзистора IRF9540. Транзистор постепенно открывается, плавно увеличивая напряжение на выходе схемы. При снятии управляющего напряжения транзистор КТ503 закрывается. Конденсатор разряжается на вход полевого транзистора IRF9540 через резистор 51 кОм. После окончания процесса разряда конденсатора схема перестает потреблять ток и переходит в режим ожидания. Потребляемый ток в этом режиме незначителен.
“Обрубленная” схема с небольшими поправками подходит только для подключения с управлением по «минусу» (например для подсветки салона, где управление от концевиков дверей). При таком раскладе нужно все равно разорвать «общий минус» («минус» с ленты постоянно подключен к питанию, «минус» с платы является управляющим). Ниже привожу правильные схемы с «управляющим минусом и плюсом» соответственно.
Недавно решил собрать схему, которая позволила бы мне любую светодиодную ленту (будь то в автомобиле или дома) плавно разжигать.
Изобретать велосипед я не стал, и решил немного поGoogleить При поиске почти на каждом сайте находил схемы, где светодиодная нагрузка сильно ограничивается возможностями схемы. Мне же хотелось, чтобы схема всего лишь плавно поднимала напряжение на выходе, чтобы диоды плавно разгорались и схема было обязательно пассивной (не требовала дополнительного питания и в режиме ожидания не потребляла бы ток) и обязательно была бы защищена стабилизатором напряжения для увеличения срока жизни моей подсветки.
А так как плат пока я травить не научился, то решил что сначала нужно освоить самые простые схемы и при монтаже использовать готовые монтажные платы, которые как и остальные компоненты схемы, можно приобрести в любом магазине радиодеталей.
Для того что собрать схему плавного розжига светодиодов со стабилизацией мне нужно было приобрести следующие компоненты:
Вообще, готовая монтажная плат достаточно удобная альтернатива так называемому методу «ЛУТ» где с помощью программы Sprint-Layout, принтера и того же текстолита можно собрать почти любую схему. Так вот, новичкам следует всё таки сначала освоить более простой вариант, который значительно проще и что самое главное «прощает ошибки» и так же не требует наличия паяльной станции.
Немного упростив исходную схему решил её перерисовать:
