Светодиодный диммер с токовым управлением
Целью данного проекта была модернизация системы подсветки настенной картины. Как только я установил светодиодную подсветку, яркость просто ослепила меня — намного ярче, чем оригинальная люминесцентная лампа T20. Я понял, что необходимо использовать устройство для регулировки силы света, т.е. диммер.
Схема цепи управления яркостью светодиодного освещения
Светодиодная лента
Как китайцы могут заработать деньги, когда продают светодиодную катушку всего лишь за $4.60 (с бесплатной доставкой) — и обеспечить превосходное качество! (Заметьте, что с тех пор цена немного увеличилась…)
Светодиоды пришли в катушке длиной 5 метров, общее количество светодиодов 300 штук (лента из 100 групп по 3 светодиода в группе). Измеренный ток 1 А @ 12В, мощность потребления 12 Вт соответственно. Поскольку мой блок питания был рассчитан на 0,8 А, я урезал ленту до 240 светодиодов (отрезалось по 3 светодиода, места разрезов отмечены на ленте).
Сборка не вызвала никаких проблем. Я долго думал, как мне приклеить светодиодные ленты, но в конце концов понял, что лента имеет клейкую заднюю сторону.
Описание схемы
Я выбрал простой регулятор тока. Если использовать регулятор напряжения, тогда ограничение напряжения четко не определяется и существует много зон, нечувствительных к регулировке. Регулятор тока, с другой стороны, имеет отличный диапазон регулировки, малое падение напряжение и минимальное число зон нечувствительности.
Силовое устройство – это составная PNP/NPN пара, которая действует как PNP-транзистор с высоким коэффициентом усиления. Здесь также можно использовать составной PNP-транзистор с объединенными коллекторами, однако напряжение отпускания (насыщения) будет немного выше. Данную функцию можно реализовать также с помощью составной NPN/PNP пары, но я захотел, чтобы светодиоды были заземлены к отрицательной шине для возможной модернизации в будущем.
Далее необходимо установить эмиттерный повторитель с резистором номиналом 0,6Ω (шунт) в цепь эмиттера. Напряжение через данный резистор определяется напряжением на базе Q1. Ток коллектора (светодиодная нагрузка) обычно совпадает с током эмиттера. Поскольку напряжение на базе Q1 можно регулировать, ток в нагрузке также можно регулировать. Диод Шотки D1 обеспечивает фиксированное падение напряжение величиной 0,3 В, чтобы снизить зону нечувствительности потенциометра. Стандартный диод может предотвратить полное отключение Q1 — это очень важно, поскольку потенциометр также является выключателем вкл/выкл. Однако он полностью не снимает питание со схемы, но потери в выключенном режиме гораздо меньше, чем потери на намагничивание и потери в обмотках постоянно работающего блока питания.
C1 представляет собой развязывающий конденсатор, который помогает предотвратить колебания; действительно, схемы подобного плана могут генерировать колебания и я подсоединил осциллограф, чтобы проверить стабильность работы схемы.
C2 сглаживает колебания AC блока питания для того, чтобы ток в нагрузке был чисто постоянным. Я хотел получить яркую подсветку, без каких-либо мерцаний. Многие светодиодные схемы имеют пульсацию тока — я же хотел избежать этого.
Изменения сопротивления для других токов и входного напряжения
При регулировке тока в нагрузке также происходит и регулировка напряжения, поэтому исходное входное напряжение может быть выше, чем необходимо и не должно точно соответствовать нагрузке. Однако дополнительное напряжение вызывает дополнительное рассеивание мощности в силовом транзисторе Q2. В моем случае потребовалось установить небольшой радиатор; при этом транзистор был немного теплым при самых экстремальных условиях работы. Специальное напряжение схемы указано на рисунке. Для других номинальных токов, необходимо увеличить только R3 и R4 (падение 0,5 В @ при полной нагрузке) (можно вместо двух установить один резистор). Также необходимо увеличить номиальное значение R2 для исходного входного напряжения при полной нагрузке.
Выбор транзистора
Я имел под рукой 2N3906 (PNP TO-92) и D44H8 (NPN TO-220), поэтому и использовал их в своей схеме. Выбор транзистора абсолютно не критичен.
Источник
Как сделать диммер на 12 и 220 В своими руками?
Для регулировки интенсивности освещения можно использовать специальные выключатели – диммеры. Они позволяют менять силу светового потока от максимуму до полного выключения. Тем не менее, заводские диммеры обладают рядом недостатков, среди которых и довольно высокая стоимость. Чтобы решить проблему, вы можете изготовить диммер своими руками на 12 и 220 Вольт, в зависимости от типа цепей, для которых вы собираетесь его использовать.
Что понадобится для работы?
Диммер представляет собой регулятор яркости, который позволяет поворотом ручки или нажатием клавиши изменить интенсивность света в комнате.
По типу регулировки мощности свечения они бывают:
- резистивные;
- трансформаторные;
- полупроводниковые.
Первый вариант наиболее простой, но экономным его назвать нельзя, поскольку снижение яркости свечения не изменяет мощность нагрузки. Другие два куда более эффективны, но имеют и более сложную конструкцию. В зависимости от принципа действия и будет зависеть то, какие детали включает в себя диммер. Чтобы не отвлекаться от работы всем необходимым лучше запастись заранее.
Для рассматриваемых далее примеров вам пригодятся такие электронные элементы:
- Симистор – представляет собой ключ в схеме, используется для открытия или запирания участка цепи от протекания электротока. Применяется в цепях с питающим напряжением в 220В, имеет три вывода – два силовых и один управляющий.
- Тиристор – также устанавливается в качестве ключа и переводится в устойчивое состояние, необходимое для работы схемы.
- Микросхема – более сложный элемент электронной схемы со своей логикой и особенностью управления.
- Динистор – также является полупроводниковым элементом, пропускающим электрический ток в двух направлениях.
- Диод – однонаправленный полупроводник, который открывается от прямого протекания электротока и запирается от обратного.
- Конденсатор – емкостной элемент, основная задача которого накопление нужной величины заряда на пластинах. Для изготовления самодельных диммеров лучше использовать неполярную модель.
- Резисторы – представляют собой активное сопротивление, для диммеров используются в делителях напряжения и токозадающих цепях. В схемах пригодятся как постоянные, так и переменные резисторы.
- Светодиоды – пригодятся для обеспечения световой индикации в диммере.
В зависимости от конкретной схемы и устройства диммера, будет зависеть и набор необходимых деталей, все из вышеперечисленного приобретать не нужно. Заметьте, что некоторые из них можно выпаять их старых телевизоров радиоприемников и прочих бытовых приборов, которые вами больше не используются. Далее рассмотрим примеры конкретных схем.
На симисторе
Такой диммер будет работать от напряжения сети 220В напрямую, схема отличается относительной простотой, поэтому собрать ее под силу даже начинающему радиолюбителю. Принцип регулирования напряжения в этом диммере заключается в отсекании определенного полупериода синусоиды, благодаря чему снижение электрического параметра приводит к реальной экономии электроэнергии.
Посмотрите на схему подключения, симистор – это электронный ключ, который управляется сигналами с динистора, включенного во времязадающую R — C цепочку.
Схема диммера на симисторе
Работа схемы заключается в следующем: после подключения фазы 220В к диммеру, на времязадающую цепочку C1 – R1 – R2 будет подано напряжение, так как динистор VS1 закрыт, ток протекает только через конденсатор и резисторы.
В зависимости от установленного поворотным резистором омического сопротивления будет зависеть и величина тока. От величины тока зависит и скорость заряда конденсатора C1, при достижении нужной величины потенциала на котором произойдет открытие динистора.
Через цепь открывшегося динистора на симистор VS2 подается сигнал открытия, срабатывает ключ, пропускающий определенную часть полупериода к нагрузке. Ток удержания в симисторе не возникает, поэтому с разрядом конденсатора вся цепь переходит в исходное состояние вплоть до следующего полупериода, который откроет ключ и подаст на нагрузку потенциал.
Изменение синусоиды
Как видите, такая схема диммера осуществляет регулировку яркости «обрезая» форму синусоиды до определенного импульса, уменьшая и величину напряжения, и его действующее значение. В виду нестабильного колебания кривой такую модель светорегулятора однозначно можно подключать к лампам накаливания, поскольку они не восприимчивы к форме напряжения. Что касается светодиодных и люминесцентных моделей, их нужно тестировать на уже готовом диммере.
Чтобы изготовить такой диммер для практического использования, лучше взять печатную плату. Так как при стационарной установке при регулировании напряжения вам понадобится жесткое крепление к конструкции. Ее можно как заказать, так и изготовить самостоятельно.
Процесс сборки состоит из следующих этапов:
- Перенесите эскиз на фольгированную плату, в местах монтажа соответствующих деталей сделайте разметку. Дорожки наведите нитрокраской и протравите плату диммера в хлорном железе.
Протравите плату
- В процессе травки плату нужно переворачивать, а после окончания, достаньте и полудите ее, промойте спиртом и просверлите отверстия для ножек.
Сделайте отверстия
- Поместите ножки радиодеталей в просверленные отверстия под них.
Поместите ножки радиодеталей в отверстия
Если вы разметили монтажные площадки, придерживайтесь данной разметки.
- Разогрейте паяльник и нанесите слой олова с обратной стороны платы диммера.
Припаяйте ножки радиодеталей
- Протестируйте собранную конструкцию на лампе накаливания, если она работает как надо, можете собирать диммер в корпус.
Опробуйте работоспособность на лампе накаливания
На тиристорах
Такая модель диммера на тиристорах по принципу действия идентична предыдущему варианту, но вместо симистора в роли ключа выступают тиристоры. Из-за особенностей работы тиристора целесообразнее устанавливать такое электронное устройство для каждой полуволны синусоиды напряжения.
Пример схемы такого диммера приведен на рисунке ниже:
Схема регулятора на тиристорах
Начнем разбор работы схемы с положительного полупериода кривой напряжения – конденсатор C1 заряжается по цепи из токоограничивающих резисторов R3 — R4 — R5. Когда величина заряда достигнет порогового значения для динистора V3, он открывается и подает управляющий импульс на тиристор V1. В режиме ключа V1 начинает пропускать напряжение к нагрузке, выдавая определенный участок кривой напряжения.
При отрицательном полупериоде синусоиды V1 запирается, ток через него протекать не будет, а на конденсатор C2 через токозадающую цепь R1 – R2 — R5 будет поступать заряд, который со временем откроет динистор V4. Через него будет протекать ток на управляющий электрод тиристора V2, после открытия транзистора на нагрузку пойдет такая же часть полупериода синусоиды, но с противоположным знаком.
Такой регулятор мощности светового потока может использоваться не только для изменения яркости освещения ламп, но и для управления температурой нагрева паяльника и других устройств.
С использованием конденсаторов
Такой диммер работает только в качестве переключателя, который изменяет путь протекания тока, питающего нагрузку. Но и схема кнопочного диммера довольно проста и не потребует никаких специфических элементов.
Схема диммера на конденсаторе
Принцип его работы заключается в переведении переключателя SA1 в одно из трех возможных положений:
- выключено – цепь полностью разорвана, лампа не горит или проходной выключатель выдает логический ноль в цепи;
- закорочено на лампу – в цепи подключения диммера отсутствуют какие-либо элементы кроме электрической лампы (прибор освещения горит на полную мощность);
- подключено через R – C цепь – выдает только определенный процент яркости освещения.
В зависимости от параметров резистора и емкостного элемента будут зависеть напряжение и яркость свечения. Этот диммер используется для регулировки освещения путем рассеивания части мощности в R – C цепи, поэтому никакой экономии от снижения вы не получите.
На микросхеме
В диммере, собранном на микросхеме, изменение величины напряжения происходит для потребителей на 12В – светодиодных лент, люминесцентных лам и прочего оборудования. Один из вариантов схемы приведен на рисунке ниже.
Схема диммера на микросхеме
Как видите, управление может осуществляться и за счет датчика, подключенного к выводу 2, и посредством регулируемого резистора VR1.
Микросхема с вывода 3 выдает управляющий сигнал через сопротивление R2 на базу транзистора VT1. Изменяя величину напряжения переменным резистором VR1, на выходе 3 микросхемы изменяется уровень потенциала, который увеличивает или уменьшает пропускную способность транзистора. При этом меняется и яркость светодиодов, если управление происходит светодиодными светильниками.
Видео варианты изготовления
Источник