Регулятор яркости фонаря. Схема, описание. Водонепроницаемый фонарик - KINFIRE KCH CREE T6 (18650) с регулируемой яркостью Схема фонарика с регулировкой яркости на транзисторах
Схема:
В отличие от светодиодного фонаря с регулируемой яркостью, где нижний предел напряжения питания равен 1,9...2 В, питание микросхемы - генератора с регулируемой скважностью (К561ЛЕ5 или 564ЛЕ5), которая управляет электронным ключом, в предлагаемом устройстве (рис. 1) осуществляется от повышающего преобразователя напряжения, что позволяет питать фонарь от одного гальванического элемента 1,5 В. Преобразователь выполнен на транзисторах VT1, VT2 по схеме трансформаторного автогенератора с положительной обратной связью по току.
Схема генератора с регулируемой скважностью на упомянутой выше микросхеме К561ЛЕ5 немного изменена с целью улучшения линейности регулирования тока. Минимальный потребляемый ток фонаря с шестью параллельно включенными суперъяркими светодиодами L-53MWC фирмы Kingbright белого свечения равен 2...3 мА. Зависимость потребляемого тока от числа светодиодов - прямо пропорциональная.
Режим "Маяк", когда светодиоды с невысокой частотой ярко вспыхивают и затем гаснут, реализуется при установке регулятора яркости на максимум и повторном включении фонаря. Желаемую частоту световых вспышек можно получить подбором конденсатора СЗ.
Поскольку номинальное напряжение источника питания 1,5 В, а не 3 В, в устройстве применимы не только суперъяркие, но и другие светодиоды, в зависимости от назначения фонаря. Те, которые хорошо светят при напряжении 1,5 В, например, АЛ307АМ, АЛ307БМ (красного свечения), в отличие от светодиодов АЛ307ВМ, АЛ307ГМ (зеленого свечения), необходимо включать последовательно по 2 шт. Работоспособность фонаря сохраняется при понижении напряжения до 1,1 В, хотя при этом значительно уменьшается яркость.
В качестве электронного ключа применен полевой транзистор с изолированным затвором КП501А (КР1014КТ1В). По цепи управления он хорошо согласуется с микросхемой К561ЛЕ5. Транзистор КП501А имеет следующие предельные параметры:
напряжение сток-исток - 240 В;
напряжение затвор-исток - 20 В;
ток стока - 0,18 А;
мощность - 0,5 Вт.
Допустимо параллельное включение транзисторов, желательно из одной партии Возможная замена - КП504 с любым буквенным индексом. Для полевых транзисторов IRF540 напряжение питания микросхемы DD1, вырабатываемое преобразователем, должно быть повышено до 10 В.
В фонаре с шестью параллельно включенными светодиодами L-53MWC потребляемый ток примерно равен 120 мА, при подключении параллельно VT3 второго транзистора - 140 мА.
Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце 2000НМ К10х6х4,5. Обмотки намотаны в два провода, причем конец первой полуобмотки соединяют с началом второй полуобмотки. Первичная обмотка содержит 2x10 витков, вторичная - 2x20 витков. Диаметр провода - 0,37 мм, марка - ПЭВ-2. Дроссель намотан на таком же магнитопроводе без зазора тем же проводом в один слой, число витков - 38. Индуктивность дросселя - 860 мкГн. Перед намоткой острые кромки ферритовых колец следует притупить, обмотки дополнительно изолировать тонкой лентой. Не следует использовать дроссель с незамкнутым магнито-проводом - увеличится потребляемый ток. Кнопку SB1 желательно установить с фиксацией, остальные детали такие же, как в , каких-либо отличий не имеют.
При налаживании, если преобразователь не запускается, следует поменять местами крайние выводы первичной или вторичной обмотки трансформатора Т1. Допустимое напряжение база-эмиттер транзисторов VT1, VT2 должно превышать выходное напряжение преобразователя. В нашем случае подходит большинство маломощных низкочастотных транзисторов р-п-р структуры. Для стабилизации тока питания микросхемы DD1, когда DD1 - К176ЛЕ5 или 164ЛЕ5, можно установить в цепь питания микросхемы (показано на рис. 1 крестиком) стабилизатор тока. Стабилизатор тока можно выполнить по схеме рис. 2,а на полевом транзисторе КП103Е1 с р-каналом и низким напряжением отсечки. На рис. 2,6 приведен аналогичный вариант с полевым п-канальным транзистором КП364В. Со стабилизатором тока нагрузки преобразователь напряжения не переходит в низкочастотный автоколебательный режим - "Маяк". Режим "Маяк" можно также исключить, уменьшив номинал резистора R1 до 10 кОм, что несколько увеличит минимальный потребляемый ток.
Микросхему К561ЛЕ5 (импортный аналог CD4001B) можно заменить на К561ЛА7 (CD4011B). Печатная плата не разрабатывалась.
ЛИТЕРАТУРА
1. Нечаев И. Светодиодный фонарь с регулируемой яркостью. - Радио, 2005, № 2, с. 51. 52.
2. Кавыев А. Импульсный БП с акустическим выключателем для мульти-метра. - Радио, 2005, № 6, с. 23.
Предлагаю вашему вниманию простенькую схему LED фонарика с ШИМ регулятором яркости. На создание этой конструкции меня натолкнула необходимость регулирования яркости на налобном китайском фонарике. Так как светодиоды управляются не напряжением, а током, то просто включить в разрыв линии питания переменный резистор было нельзя, поэтому выбор пал на ШИМ. Вариант ШИМ регулятора на интегральном таймере мне не понравился, и я решил использовать КМОП логику. За основу схемы взят простейший генератор ШИМ на микросхеме К561ЛЕ5. От обычного генератора он отличается не сильно, лишь двумя диодами и переменным резистором. Именно эти три элемента и скважность следования импульсов. В качестве усилителя мощности я использовал эммитерный повторитель на транзисторе КТ315. Его с успехом хватает, так как он работает в импульсном режиме (в моем случае использованы маломощные светодиоды, при использовании мощных нужно брать транзистор помощнее, например полевой).
Вот схема моего регулятора:
Печатная плата разрабатывалась под SMD компоненты (кроме микросхемы, транзистора и переменного резистора). Вот рисунок печатной платы регулятора:
Что касается деталей, то они не критичны в подборе: транзистор можно использовать любой, структуры n-p-n(за исключением низкочастотных), диоды- любые кремниевые SMD, конденсатор в корпусе 0805, резистор тоже в 0805. Микросхему можно для экономии места взять в SMD варианте, но тогда придется переделывать печатную плату.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| U1 | Вентиль | CD4001B | 1 | К561ЛЕ5 | В блокнот | |
| T1 | Биполярный транзистор | КТ315А | 1 | В блокнот | ||
| D1-D2 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | 1N4007 | В блокнот | |
| C1 | Конденсатор | 100 нФ | 1 | В блокнот | ||
| R1 | Переменный резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор | 1 кОм | 1 | В блокнот | ||
| LED-LED4 | Светодиод | 30 мА | 4 | Выбирается нужное Вам кол-во |
Схема такого регулятора приведена на рис. 80,а. На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов с частотой следования 100… 200 Гц. Резистором R1 регулируют скважность импульсов примерно от 1,05 до 20. Импульсы генератора поступают на согласующий каскад, собранный на элементах DD1.3, DD1.4, а с его выхода — на электронный ключ VT1, в коллекторной цепи которого включена лампа накаливания ELI.
Включение электронного регулятора осуществляется выключателем SA1, совмещенным с резистором R1. Выключателем SA2 самого фонаря можно подавать напряжение батареи GB1 непосредственно на лампу накаливания, минуя регулятор.
Монтажную плату регулятора (рис. 81) закрепляют на боковой стенке фонаря рядом с отражателем. Под ручку переменного резистора в задней стенке фонаря пропилено прямоугольное отверстие. Конденсатор G2 размещают в любом свободном месте, желательно ближе к печатной плате.
Рис. 80. Схема регулятора яркости фонаря (а) и вариант его выходного каскада (б)
Регулятор рассчитан на совместную работу с лампой накаливания, потребляющей ток не более 160 мА. Для лампы, потребляющей ток до 400 мА, электронный ключ регулятора дополняют вторым транзистором, как показано на рис. 80,6.
Схема другого варианта регулятора яркости карманного фонаря (схема сенсорного светильника ) приведена на рис. 82. В нем функцию регулирующего элемента выполняет двухконтактный сенсорный элемент, который размещают на корпусе фонаря. На элементах DD1.1, DD1.2 собран генератор, вырабатывающий прямоугольные колебания со скважностью примерно 1,05, это означает, что почти постоянно на выходе элемента DD1.2 будет напряжение высокого уровня, и только в очень короткие промежутки времени напряжение низкого уровня. Эти импульсы через конденсатор С2 поступают на сенсорный элемент El, Е2, вход элемента DD1.3. Если сопротивление между контактами сенсорного элемента велико, то на входе элемента DD1.3 будут импульсы, аналогичные выходным генератора.
Рис. 81. Печатная плата (а) и размещение элементов регулятора яркости фонаря (б)
Рис. 82. Схема сенсорного регулятора яркости фонаря
Рис. 83. Монтажная плата (б) и конструкция сенсорного элемента
Поэтому большую часть времени на выходе элемента DD1.3 будет напряжение низкого уровня, т. е. транзисторы большую часть времени закрыты и лампа накаливания ELI не светится. Если теперь прикоснуться к сенсорному элементу, то сопротивление между его контактами уменьшится и конденсатор С 2 начнет заряжаться через это сопротивление. Чем меньше это сопротивление, тем быстрее осуществляется заряд и тем больший интервал времени на входе элемента DDil.3 будет напряжение низкого уровня, а на его выходе, наоборот, высокого, т. е. тем дольше будут открыты транзисторы VT1, VT2, а значит, больше яркость лампы накаливания. Прижимая пальцем контакты сенсорного элемента, можно изменять сопротивления между ними, т. е. регулировать яркость свечения лампы фонаря.
Литература: И. А. Нечаев, Массовая Радио Библиотека (МРБ), Выпуск 1172, 1992 год.
С микросхемой NE555 (аналог КР1006) знаком каждый радиолюбитель. Её универсальность позволяет конструировать самые разнообразные самоделки: от простого одновибратора импульсов с двумя элементами в обвязке до многокомпонентного модулятора. В данной статье будет рассмотрена схема включения таймера в режиме генератора прямоугольных импульсов с широтно-импульсной регулировкой.
Схема и принцип её работы
С развитием мощных светодиодов NE555 снова вышла на арену в роли регулятора яркости (диммера), напомнив о своих неоспоримых преимуществах. Устройства на её основе не требуют глубоких знаний электроники, собираются быстро и работают надёжно.
Известно, что управлять яркостью светодиода можно двумя способами: аналоговым и импульсным. Первый способ предполагает изменение амплитудного значения постоянного тока через светодиод. Такой способ имеет один существенный недостаток - низкий КПД. Второй способ подразумевает изменение ширины импульсов (скважности) тока с частотой от 200 Гц до нескольких килогерц. На таких частотах мерцание светодиодов незаметно для человеческого глаза. Схема ШИМ-регулятора с мощным выходным транзистором показана на рисунке. Она способна работать от 4,5 до 18 В, что свидетельствует о возможности управления яркостью как одного мощного светодиода, так и целой светодиодной лентой. Диапазон регулировки яркости колеблется от 5 до 95%. Устройство представляет собой доработанную версию генератора прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов зависит от ёмкости C1 и сопротивлений R1, R2 и определяется по формуле: f=1/(ln2*(R1+2*R2)*C1), Гц
Принцип действия электронного регулятора яркости заключается в следующем. В момент подачи напряжения питания начинает заряжаться конденсатор по цепи: +Uпит – R2 – VD1 –R1 –C1 – -U пит. Как только напряжение на нём достигнет уровня 2/3U пит откроется внутренний транзистор таймера и начнется процесс разрядки. Разряд начинается с верхней обкладки C1 и далее по цепи: R1 – VD2 –7 вывод ИМС – -U пит. Достигнув отметки 1/3U пит транзистор таймера закроется и C1 вновь начнет набирать ёмкость. В дальнейшем процесс повторяется циклически, формируя на выводе 3 прямоугольные импульсы.
Изменение сопротивления подстроечного резистора приводит к уменьшению (увеличению) времени импульса на выходе таймера (вывод 3), и как следствие, уменьшается (увеличивается) среднее значение выходного сигнала. Сформированная последовательность импульсов через токоограничивающий резистор R3 поступает на затвор VT1, который включен по схеме с общим истоком. Нагрузка в виде светодиодной ленты или последовательно включенных мощных светодиодов включается в разрыв цепи стока VT1.
В данном случае установлен мощный MOSFET транзистор с максимальным током стока 13А. Это позволяет управлять свечением светодиодной ленты длиной в несколько метров. Но при этом транзистору может потребоваться теплоотвод.
Блокирующий конденсатор C2 исключает влияние помех, которые могут возникать по цепи питания в моменты переключения таймера. Величина его ёмкости может быть любой в пределах 0,01-0,1 мкФ.
Плата и детали сборки регулятора яркости
Односторонняя печатная плата имеет размер 22х24 мм. Как видно из рисунка на ней нет ничего лишнего, что могло бы вызвать вопросы.
После сборки схема ШИМ-регулятора яркости не требует наладки, а печатная плата легка в изготовке своими руками. В плате, кроме подстроечного резистора, используются SMD элементы.
- DA1 – ИМС NE555;
- VT1 – полевой транзистор IRF7413;
- VD1,VD2 – 1N4007;
- R1 – 50 кОм, подстроечный;
- R2, R3 – 1 кОм;
- C1 – 0,1 мкФ;
- C2 – 0,01 мкФ.
Транзистор VT1 должен подбираться в зависимости от мощности нагрузки. Например, для изменения яркости одноваттного светодиода достаточно будет биполярного транзистора с максимально допустимым током коллектора 500 мА.
Управление яркостью светодиодной ленты должно осуществляться от источника напряжения +12 В и совпадать с её напряжением питания. В идеале регулятор должен питаться от стабилизированного блока питания, специально предназначенного для ленты.
Нагрузка в виде отдельных мощных светодиодов запитывается иначе. В этом случае источником питания диммера служит стабилизатор тока (его еще называют драйвер для светодиода). Его номинальный выходной ток должен соответствовать току последовательно включенных светодиодов.
Читайте так же
