Андрей Смирнов
Время чтения: ~14 мин.
Просмотров: 0

Простейшая схема плавного розжига и затухания светодиодов

Чем хорошо плавное включение ламп?

Плавный пуск ламп накаливания в 220 В или 24-вольтового светильника повышает срок эксплуатации спирали, находящейся внутри герметично запаянной колбы из стекла. Чаще всего причиной перегорания становятся:

  • перепады напряжения;
  • вибрации, повреждения и скачки температуры в помещении;
  • высокая частота выключений и включений света.

В выключенном состоянии вольфрамовая спираль внутри лампы остается холодной, поэтому сопротивление понижено более чем в 10 раз. После включения по ней проходит ток и лампа начинает освещать помещение. Плавный пуск также смягчает агрессивное воздействие носителей электрического заряда (квазичастиц) на вольфрамовую нить.

Плавное включение и выключение светодиодов

Есть случаи, когда необходимо обеспечить плавное включение светодиодов, применяемых для освещения или подсветки, а в некоторых случаях и выключение. Плавный розжиг может потребоваться по разным причинам.

Во-первых, при мгновенном включении свет сильно «бьет по глазам» и заставляет нас жмуриться и прищуриваться, выжидая, пока глаза привыкнут к новому уровню яркости. Этот эффект связан с инерционностью процесса аккомодации глаза и конечно имеет место не только при включении светодиодов, но и любых других источников света.

Просто в случае со светодиодами он усугубляется тем, что излучающая поверхность очень мала. Если говорить научным языком – источник света имеет очень большую габаритную яркость.

Во-вторых, могут преследоваться чисто эстетические цели: согласитесь плавно загорающийся или гаснущий свет – это красиво. Схема питания светодиодов должна быть усовершенствована должным образом. Рассмотрим два различных способа плавного включения и выключения светодиодов.

Задержка RC-цепью

Первое что должно прийти в голову человеку, знакомому с электротехникой – введение задержки с помощью включения в схему питания светодиодов RC-цепочки: резистора и конденсатора. Схема приведена на рис.1. При подаче напряжения на вход – напряжение на конденсаторе, по мере его заряда, будет нарастать за время приблизительно равное 5τ, где τ=RC – постоянная времени.

То есть, говоря простым языком, время включения света будет определяться произведением емкости конденсатора и сопротивления резистора. Соответственно, чем больше емкость и сопротивление, тем дольше будет происходить розжиг светодиодов. При отключении питания конденсатор будет разряжаться на светодиоды.

Время, в течение которого будет происходить плавное затухание, также будет определяться τ, но в этом случае вместо R в произведение войдет динамическое сопротивление светодиодов. К примеру, конденсатор на 2200 мкФ и резистор на 1 кОм теоретически «растянут» время включения на  2,2 секунды.

Представленная простейшая схема хорошо позволяет понять принцип действия этого метода, но для практической реализации она мало пригодна. Для получения рабочего решения усовершенствуем ее введением нескольких дополнительных элементов (рис.2).

Работает схема следующим образом: при включении питания конденсатор С1 заряжается через резистор R2, транзистор VT1, по мере изменения напряжения на затворе, уменьшает сопротивление своего канала, тем самым увеличивая ток через светодиод. Выключение питания приведет к разряду конденсатора через светодиоды и резистор R1.

Включим «мозги»…

Если схема должна обеспечить большую гибкость и функциональность, например, не меняя «железо» мы хотим получить несколько режимов работы и задавать время розжига и затухания более точно, то самое время включить в схему микроконтроллер и интегральный драйвер LED  с входом управления.

Микроконтроллер способен с высокой точностью отсчитывать необходимые интервалы времени и выдавать команды на управляющий вход драйвера в виде ШИМ. Переключение режимов работы можно предусмотреть заранее и вывести для этого соответствующую кнопку. Необходимо только сформулировать – что мы хотим получить и написать соответствующую программу.

В качестве примера можно привести драйвер мощных светодиодов LDD-H, который выпускается с номинальными значениями токов от 300 до 1000 мА и имеет вход ШИМ. Схема включения конкретных драйверов обычно приводится в тех. описании производителя (data sheet).

Метки: освещение, плафон, плавный пуск

Комментарии 43

подскажите, а биполярный транзистор подойдёт сюда(КТ837Д)?

а печатку в спринте рисовал? если да, то можешь мне скинуть?

Вечером посмотрю на домашнем компьютере, если осталась то скину.

в качестве дружеской критики: 1. вместо никнейма лучше було бы оставить полигон для тепло-отвода, да и вообще развести плату так, чтобы травить не надо было, а можно было бы расчертить канц.ножом на изолированные площадки 2. провода к плате не паять, а присоединять разъемом — когда захотите улучшить девайс, можно было просто его заменить

Тепло-отвод явно лишнее…Транзистор мощный, а диоды в плафоне потребляют совсем чуть чуть. Оно выше температуры окружающей среды и не нагревается. По поводу разметки платы канц ножом — ну не люблю я такой колхоз. Лучше потрачу лишние пол часа — час, но сделаю все красиво. Разъем стоит, только не на самой плате, а на пяти сантиметровом отрезке проводов. Так удобнее размещать устройство под потолком — сначала прилепил как надо, а потом и провода соединил.

а каким способом ты травил плату? каким наносил на тексталит ее?

Дорожки наносил с помощью фоторезиста. Травил в растворе перекиси водорода, соли и лимонной кислоты.

а я помню, раньше лаком дорожки рисовал… травил в хлорном железе))) так уже не делают?))) ппц я отстал…

Ну лаком сейчас уже наверное точно никто не рисует, проще тем же ЛУТом сделать. А вот хлорное железо я сам до недавнего времени использовал, пока не узнал про способ с перекисью водорода — и достать проще, и дешевле, да и все вокруг не пачкает)))

а каким способом ты травил плату? каким наносил на тексталит ее?

ТекстОлит. А вообще-то — это стеклотекстолит.

ну все, с умничал…

Нравится быть не грамотным — оставайтесь…

а вы часто пользуетесь текстолитом? раз тут оказался стеклотекстолит… я думаю и так понятно, что это за материал… ошибка в названии — да, запомнил как правильно. но. ошибкой не считаю, что материал для плат называю просто текстолитом. думаю многие так и говорят, что б не удлинять и так понятное слово. это как всегда добавлять аккумулятор свинцово-кислотный в машине. думаю и вы не добавляете. стеклотекстолит = текстолит. суть того, о чем идет речь ничуть не меняется.

Дело в том, что текстолит — это ткань пропитанная клеем. Он коричневого цвета. www.ru.all.biz/img/ru/catalog/2068698.jpeg Он не металлизируется и не используется для производства печатных плат.

А стеклотекстолит — это стеклоткань пропитааная эпоксидной смолой, он светоложёлтого цвета. И свойства материалов сильно отличаются.

Ещё в качестве диэлектрика для печатных плат используют гетинакс — это бумага, пропитанная клеем. Тоже, кстати, коричневого цвета.

В бытовой технике часто используется гетинакс (ранее преимущественно, только гетинакс использовался). Стеклотекстолит стал его вытеснять пару десятилетий назад.

Да, я давно занимаюсь электроникой, 40 лет уже. Первую печатную плату разработал и изготовил в возрасте 12 лет, т.е. в 1982 году…

Принцип работы

Схема включения обычного диммера проста до невозможности. Она очень похожа на схему обычного выключателя. Итак, основной принцип работы схемы таков, чтобы загорелся свет, необходимо чтобы симистор пропустил через себя ток. Это произойдет, когда между электродами появится напряжение.

Касаемо самих схем, они разнятся в зависимости от производителей, а также от типа диммера. Всего таких типа 2 :

  • поворотный;
  • роторный;

Большее распространение получил первый (поворотный), в первую очередь из-за своей простоты и удобства.

Теперь давайте разберемся с принципом работы, отойдя от научных терминов, ведь большинству они не совсем понятны. По факту имеем, что диммер в различных положениях подает различное количество электроэнергии, блокируя при этом другую часть.

Таким образом, до лампы доходит лишь часть, а значит и горит она менее ярко. При достижении максимальной границы, лампа горит максимально ярко, как при использовании обычного кнопочного выключателя, достигая минимальной границы, свет гаснет из-за недостатка энергии.

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.

В некоторых случаях требуется реализовать схему плавного включения или выключения светодиода (LED). Особенно востребовано данное решение в организации дизайнерских решениях. Для осуществления задуманного есть два пути решения. Первый – покупка готового блока розжига в магазине. Второй – изготовление блока своими руками. В рамках статьи выясним, почему стоит прибегнуть ко второму варианту, а также разберем самые популярные схемы.

Электрические свойства светодиода

Вольтамперная характеристика светодиода — это крутая линия. То есть, если напряжение увеличится хотя бы немного, то ток резко возрастет, это повлечет за собой перегрев светодиода с последующим его перегоранием. Чтобы этого избежать, необходимо включить в цепь ограничительный резистор.

Но важно не забывать о максимально допустимом обратном напряжении светодиодов в 20 В. И в случае его подключения в сеть с обратной полярностью он получит амплитудное напряжение в 315 вольт, то есть в 1,41 раза больше, чем действующее

Дело в том, что ток в сети на 220 вольт переменный, и он изначально пойдет в одну сторону, а затем обратно.

Для того чтобы не дать току двигаться в противоположном направлении, схема включения светодиода должна быть следующей: в цепь включается диод. Он не пропустит обратное напряжение. При этом подключение обязательно должно быть параллельным.

Еще одна схема включения светодиода в сеть 220 вольт заключается в установке двух светодиодов встречно-параллельно.

Что касается питания от сети с гасящим резистором, то это не самый лучший вариант. Потому что резистор будет выделять сильную мощность. К примеру, если использовать резистор 24 кОм, то мощность рассеивания составит примерно 3 Вт. При включении последовательно диода мощность снизится вдвое. Обратное напряжение на диоде должно равняться 400 В. Когда включаются два встречных светодиода, можно поставить два двухваттных резистора. Их сопротивление должно быть в два раза меньше. Это возможно, когда в одном корпусе два кристалла разных цветов. Обычно один кристалл красный, другой зелёный.


Смотреть галерею

В том случае, когда используется резистор 200 кОм, наличие защитного диода не требуется, так как ток на обратном ходу маленький и не будет вызывать разрушение кристалла. Эта схема включения светодиодов в сеть имеет один минус — маленькая яркость лампочки. Она может применяться, например, для подсветки комнатного выключателя.

Из-за того, что ток в сети переменный, это позволяет избежать лишних трат электричества на нагрев воздуха с помощью ограничительного резистора. С этой задачей справляется конденсатор. Ведь он пропускает переменный ток и при этом не нагревается.

Важно помнить, что через конденсатор должны проходить оба полупериода сети, для того чтобы он смог пропускать переменный ток. А так как светодиод проводит ток только в одну сторону, то необходимо поставить обычный диод (либо еще дополнительный светодиод) встречно-параллельно светодиоду

Тогда он и будет пропускать второй полупериод.

Когда схема включения светодиода в сеть 220 вольт будет отключена, на конденсаторе останется напряжение. Иногда даже полное амплитудное в 315 В. Это грозит ударом тока. Чтобы этого избежать, нужно предусмотреть помимо конденсатора еще и разрядный резистор большого номинала, который в случае отсоединения от сети моментально разрядит конденсатор. Через этот резистор, при нормальной его работе, течет незначительный ток, не нагревающий его.

Для защиты от импульсного зарядного тока и в качестве предохранителя ставим низкоомный резистор. Конденсатор должен быть специальный, который рассчитан на цепь с переменным током не меньше 250 В, либо на 400 В.

Схема последовательного включения светодиодов предполагает установку лампочки из нескольких светодиодов, включенных последовательно. Для этого примера достаточно одного встречного диода.

Так как падение напряжения тока на резисторе будет меньше, то от источника питания нужно отнять суммарное падение напряжения на светодиодах.

Необходимо, чтобы устанавливаемый диод был рассчитан на ток, аналогичный току, проходящему через светодиоды, а обратное напряжение должно быть равно сумме напряжений на светодиодах. Лучше всего использовать чётное количество светодиодов и подключать их встречно-параллельно.

В одной цепочке может быть больше десяти светодиодов. Чтобы рассчитать конденсатор, нужно отнять от амплитудного напряжения сети 315 В сумму падения напряжения светодиодов. В результате узнаем число падения напряжения на конденсаторе.


Смотреть галерею

Плавное включение и выключение светодиодов: схемы розжига

В некоторых случаях требуется реализовать схему плавного включения или выключения светодиода (LED). Особенно востребовано данное решение в организации дизайнерских решениях.

Для осуществления задуманного есть два пути решения. Первый – покупка готового блока розжига в магазине. Второй – изготовление блока своими руками.

В рамках статьи выясним, почему стоит прибегнуть ко второму варианту, а также разберем самые популярные схемы.

Покупать или делать самому?

Если нужно срочно или нет желания и времени собирать блок плавного включения светодиодов своими руками, то можно и купить готовое устройство в магазине. Единственный минус – цена. Стоимость некоторых изделий, в зависимости от параметров и производителя, может превышать в несколько раз себестоимости устройства сделанного своими руками.

Если есть время и особенно желание, то стоит обратить внимание на давно разработанные и проверенные временем схемы плавного включения и выключения светодиодов

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.

Основа основ плавного включения

Давайте начнем с элементарных вещей и вспомним, что такое RC – цепь и как она связана с плавным розжигом и затуханием светодиода. Посмотрите на схему.

В ее состав входит всего три компонента:

  • R – резистор;
  • C – конденсатор;
  • HL1 – подсветка (светодиод).

Два первых компонента и составляют RC – цепь (произведение сопротивления и емкости). От увеличения сопротивления R и емкости конденсатора C увеличивается время розжига LED. При уменьшении, наоборот.

Мы не будем углубляться в основы электроники и рассматривать, как протекают физические процессы (точнее ток) в данной схеме. Достаточно знать, что она лежит в основе работы всех устройств плавного розжига и затухания.

Рассмотренный принцип RC – задержки лежит в основе всех решений плавного включения и выключения светодиодов.

Схемы плавного включения и выключения светодиодов

Разбирать громоздкие схемы не имеет смысла, т.к. для решения большинства задач справляются простые устройства, работающие на элементарных схемах. Рассмотрим одну из таких схем плавного включения и выключения светодиодов. Несмотря на простоту, она имеет ряд плюсов, высокую надежность и низкую себестоимость.

Состоит из следующих деталей:

  • VT1 – полевой транзистор IRF540;
  • C1 – конденсатор емкостью 220 mF и напряжением 16V;
  • R1, R2, R3 – резисторы номиналом 10, 22, 40 kOm соответственно;
  • LED – светодиод.

Работает от напряжения 12 Вольт по следующему алгоритму:

  1. При включении схемы в цепь питания через R2 протекает ток.
  2. В это время C1 набирает емкость (заряжается), что обеспечивает постепенное открытие полевика VT
  3. Возрастающий ток на затворе (вывод 1) протекает через R1, и заставляет постепенно открываться сток полевика VT
  4. Ток уходит на исток все того же полевика VT1 и далее на LED.
  5. Светодиод постепенно усиливает излучение света.

Собственноручное изготовление УПВЛ

Конечно, все подобные устройства для плавного включения ламп накаливания легко приобрести в любом магазине электротехники, но для кого-то будет интереснее и познавательнее собрать его своими руками. Это вполне возможно и не потребует огромных знаний физики и электроники. Наиболее простая схема включения УПВЛ – на основе симметричных триодных тиристоров (симисторов). Также несложны в изготовлении устройства на основе специализированной микросхемы.

Схема на основе симистора

Схема УПВЛ с применением симистора Такая схема прибора для плавного включения ламп накаливания содержит мало элементов благодаря тому, что силовым ключом в ней выступает симистор (к примеру, КУ208Г). В ней хотя и желательно, но не принципиально присутствие дросселя (в отличие от более сложной схемы на основе простого тиристора). Резистором R1 (на схеме выше) обеспечивается ограничение тока на симистор. Время накала задается цепочкой из резистора R2 и конденсатора в 500 мкФ, питание на которые идет от диода.

Когда напряжение в конденсаторе достигает уровня открытия симистора, ток проходит через него, производя запуск потребителя (источника света). Таким образом, создаются условия для постепенного розжига нити накаливания, т. е. плавное включение света. В момент отключения питания происходит медленный разряд конденсатора, в результате чего плавно выключается лампа.

На основе микросхемы

Разработанная для изготовления различных регуляторов микросхема КР1182ПМ1 как нельзя лучше подходит для сборки своими руками устройства плавного включения и выключения ламп накаливания. В случае использования такой схемы практически никаких усилий прилагать не придется, т. к. КР1182ПМ1 будет сама регулировать плавную подачу напряжения на осветительный прибор до 150 Вт. Если же мощность потребителей выше, в схему включается симистор. Неплохо подойдет для этой цели ВТА 16-600.


УПВЛ с использованием микросхемы КР1182ПМ1

Имеет смысл использование подобных устройств не только с лампочками накаливания, но и с галогенными лампами на 220 В. Допускается также подключение к электроинструменту для более плавного раскручивания ротора. А вот с лампами дневного света, как и с энергосберегающими (КЛЛ), использование УПВЛ не допускается. В их схеме подключения подобное устройство присутствует. Также не нужно устройство плавного включения и при монтаже светодиодов – потребность в нем у LED-ламп отсутствует по причине того, что нити накала в них нет, независимо от того, 24-вольтовый светильник, на 220 или 12 вольт.

Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Максим Иванов
Наш эксперт
Написано статей
129
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации