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:
- При включении схемы в цепь питания через R2 протекает ток.
- В это время C1 набирает емкость (заряжается), что обеспечивает постепенное открытие полевика VT
- Возрастающий ток на затворе (вывод 1) протекает через R1, и заставляет постепенно открываться сток полевика VT
- Ток уходит на исток все того же полевика VT1 и далее на LED.
- Светодиод постепенно усиливает излучение света.
Затухание светодиода происходит при снятии питания. Принцип обратный. После отключения питания, конденсатор C1 начинает постепенно отдавать свою емкость на сопротивления R1 и R2.
Скорость разряда, а тем самым и скорость плавного затухания светодиода, может регулироваться номиналом сопротивления R3. Поэкспериментируйте, чтобы понять, как номинал влияет на быстроту розжига и затухания LED. Принцип следующий – выше сопротивление, медленнее затухание, и наоборот.
Главный элемент – это полевой n-канальный MOSFET транзистор IRF540, все остальные полупроводниковые приборы играют вспомогательную роль (обвязка). Стоит отметить его важные характеристики:
- ток стока: до 23 Ампер;
- полярность: n;
- напряжение сток – исток: 100 Вольт.
Более детальную информацию, в том числе и ВАХ, можно найти на сайте производителя в datasheet.
Доработанный вариант с возможностью настройки времени
Рассмотренный выше вариант предполагает использование устройства без возможности регулировки времени розжига и затухания LED. А иногда это необходимо. Для реализации всего лишь нужно дополнить схему несколькими элементами, а именно R4, R5 – регулируемые сопротивления. Они предназначены для реализации функции подстройки времени полного включения и выключения нагрузки.
Рассмотренные схемы плавного розжига и затухания отлично подойдут для реализации дизайнерской подсветки в автомобиле (багажник, двери, область ног передних пассажиров).
Еще одна популярная схема
Вторая самая популярная схема плавного включения и выключения светодиодов очень похожа на две рассмотренные, но сильно отличаются по принципу работы. Управление включением происходит по минусу.
Широкое применение схемы нашли в тех местах, где одна часть контактов замыкается по минусу, а другая по плюсу.
Отличия схемы от рассмотренных ранее. Главное отличие – это другой транзистор. Полевик обязательно нужно заменить на p – канальный (маркировка указана на схеме ниже). Нужно «перевернуть» конденсатор, теперь плюс кондера пойдет на исток транзистора. Не забывайте, доработанный вариант имеет питание с обратной полярностью.
Видео
Для углубленного понимания всего происходящего в рассмотренных вариантах предлагаем посмотреть интересное видео, автор которого, при помощи программы проектировки электронных схем, постепенно показывает принцип работы плавного включения и выключения светодиода на разных вариантах. Внимательно посмотрев видео, Вы поймете почему обязательно нужно использовать транзистор.
Вывод
Рассмотренные решения являются самыми популярными и востребованными. В сети интернет, на формуах ведутся большие дискуссии по поводу простоты и малой функциональности данных схем, однако практика показала, что в быту их функционала хватает сполна. Большой плюс рассмотренных решений включения и выключения светодиодов – это простота изготовления и низкая себестоимость. Для разработки готового решения уйдет не более 3-7 часов.
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 по Google ить. 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:
Знаю что на схемах транзистор и стабилизатор обозначается не так, но мне так проще, а вам будет нагляднее. А если же вы, как и я, успели позаботиться о стабилизации, то вам нужна ещё более простая схема:
Тоже самое, только без использования стабилизатора КРЕН8Б.
- R3 - 10К Ом
- R2 - 51К Ом
- R1 - от 50К до 100К Ом (сопротивлением этого резистора можно управлять скоростью розжига светодиодов).
- С1 - от 200 до 400мк Ф (можно и выбрать другие ёмкости, но превышать 1000мк Ф не стоит).
На тот момент мне нужны были две платы плавного розжига:
- для уже сделанной подсветки ног.
- для плавного розжига приборной панели.
Так как о стабилизации светодиодов подсвечивающих мои ноги я уже давно позаботился, то в схеме розжига КРЕНка уже была не нужна.
Схема плавного розжига без стабилизатора.
Для такой схемы я использовал всего 1.5 кв см монтажной платы, которая стоит всего 60 рублей.
Схема плавного розжига со стабилизатором напряжения.
Размеры 25 х 10 мм.
Достоинствами данной схемы является то, что подключаемая нагрузка зависит только от возможностей блока питания (аккумулятора авто), и от полевого транзистора IRF9540N, который очень надежен (дает возможность подключить через себя 140Вт нагрузки при токе до 23А (информация из интернета). Схема сможет выдержит 10 метров светодиодной ленты, но тогда транзистор придется охлаждать, благо в таком исполнении можно закрепить на полевик радиатор (что конечно приведёт к увеличению площади схемы).
Лампы накаливания светят около 1000 часов, но если их часто включают и выключают – срок службы становится еще ниже. Продлить срок службы можно, установив устройство плавного включения ламп накаливания, а описанный метод подходит и для защиты галогеновых ламп.
Причины преждевременного перегорания
Лампы накаливания – старый источник света, его конструкция предельно проста – в герметичной стеклянной колбе установлена спираль из вольфрама, когда через нее течет ток, она нагревается и начинает светиться.
Однако такая простота не значит долговечность и надежность. Их срок службы порядка 1000 часов, а часто и того меньше. Причиной перегорания могут стать:
- скачки напряжения в питающей сети;
- частые включения и выключения;
- другие причины типа перепадов температуры, механических повреждений и вибраций.
В этой статье мы рассмотрим, как минимизировать вред от частых включений лампы. Когда лампочка выключена, ее спираль холодная. Ее сопротивление в 10 раз ниже, чем у горячей спирали. Основным режимом работы является горячее состояние лампы. Из закона Ома известно, что ток зависит от сопротивления, чем оно ниже, тем выше ток.
Когда вы включаете лампу, через холодную спираль протекает большой ток, но по мере ее нагрева он начинает снижаться. Первоначальный высокий ток оказывает разрушительное воздействие на спираль. Для того чтобы этого избежать нужно организовать плавное включение ламп накаливания.
Диммер для плавного включенияПринцип работы
Чтобы ограничить ток включения лампы накаливания можно понизить начальное напряжение и постепенно повысить его до номинальной величины. Для этого используют устройство плавного включения ламп накаливания.
Прибор включается в разрыв питающего провода между выключателем и светильником. Когда вы подаете напряжение, в первый момент времени оно близко к нулю, схема плавного розжига постепенно повышает его. Обычно они собраны по схеме фазоимпульсного регулятора на тиристорах, симисторе или полевых транзисторах.
Скорость нарастания напряжения зависит от схемотехники устройства, обычно 2–3 секунды от 0 до 220 В.
Основной характеристикой блока защиты является допустимая мощность подключенной нагрузки. Обычно лежит в пределах 100–1500 Вт.
Готовые решения
Блоки защиты для светильников продаются практически в каждом магазине бытовых и электротоваров. Такой блок может называться иначе, чем было сказано выше, например: «Устройство защиты галогеновых ламп и ламп накаливания» или другое подобное название. Как уже отмечалось, при покупке, главное, на что следует обратить внимание – это мощность блока розжига.
Широкую линейку таких устройств выпускают под торговой маркой «Гранит».
Предложение от «Гранит» Есть и миниатюрные блоки Navigator их можно удобно спрятать в распредкоробку, если она не набита проводами доверху. Также поместится внутрь большинства светильников, например, в основание настольной лампы, или между потолком и люстрой, если есть такая возможность.
Компактный блок защиты Схемы
Так как устройство плавного включения ламп накаливания и галогенных ламп не представляет особой сложности с точки зрения схемотехники, его можно собрать своими руками. Процесс сборки может быть осуществлен:
- навесным монтажом;
- на макетной плате;
- на печатной плате.
И зависит от ваших навыков и возможностей самым надежным будет вариант на печатной плате, от навесного монтажа в этом случае лучше держаться подальше, если вы не владеете особенностями такого монтажа в цепях 220 В.
Плавное включение ламп 220 В: схема на тиристоре
Схема первая представлена на рисунке ниже. Основным ее функциональным элементом является тиристор, включенный в плечах диодного моста. Номиналы всех элементов подписаны. Если использовать ее в качестве плавного розжига для торшера, настольной лампы или другого переносного светильника – удобно заключить ее в корпус, подойдет распредкоробка для наружного монтажа. На выходе установить розетку для подключения светильника. По сути – это обычный диммер, и плавного пуска как такового здесь нет. Вы просто поворачиваете ручку потенциометра, плавно увеличивая напряжение на лампе. Кстати, такая приставка подойдет и для регулировки мощности паяльника или других электроприборов (плиты, коллекторного двигателя и т. д.).
Вариант реализации схемы Плавное включение ламп 220 В: схема на симисторе
Можно уменьшить количество деталей и собрать такую же схему, которая установлена в фирменные блоки защиты. Она изображена на рисунке ниже.
Схема с симистором Чем больше постоянная времени R2С1 цепочки, тем дольше происходит розжиг. Для увеличения времени нужно увеличить емкость C1, обратите внимание – это полярный или электролитический конденсатор. Конденсатор C2 должен выдерживать напряжение не менее 400 В – это неполярный конденсатор.
Чтобы увеличить мощность подключенных ламп – измените симистор VS1 на любой подходящий по току к вашей нагрузке.
Дроссель L1 – это фильтрующий элемент, он нужен для уменьшения помех в сети от включения симистора. Его использовать необязательно, на работу схемы не влияет.
Когда включается SA1 (выключатель), ток начинает течь через лампу, дроссель и конденсатор С2. За счет реактивного сопротивления конденсатора, ток через лампу течет маленький. Когда напряжение до которого зарядится С1 достигнет порога открытия симистора – ток потечет через него, лампа включится в полный накал.
Плавное включение ламп 220 В: схема на ИМС КР1182ПМ1
Есть вариант и плавного включения с помощью микросхемы КР1182ПМ1, она обеспечивает плавный пуск ламп и другой нагрузки мощностью до 150 Вт. Подробное описание этой микросхемы вы найдете здесь:
а ниже изображена схема устройства, она предельно проста:
Простая схема Или вот ее модернизированный вариант для включения мощной нагрузки:
Проработанная схема Дополнительно установлен тиристор BTA 16–600, он рассчитан на ток до 16 А и напряжение до 600 В, это видно из маркировки, но можно взять и любой другой. Таким образом, вы можете включать нагрузку мощностью до 3,5 кВт.
Плавное включение ламп 12 В
Часто для точечных светильников используются лампы с напряжением 12 В. Для преобразования 220 в 12 В в настоящее время используют электронные трансформаторы. Тогда устройство плавного включения нужно подключать в разрыв питающего провода электронного трансформатора.
Плавное включение ламп в автомобиле
Если стоит задача организовать плавное включение автомобильных ламп 12 V, то здесь такие схемы не подойдут. В электроцепи автомобиля используется напряжение 24 или 12 V постоянного тока. Здесь можно применить линейные или импульсные схемы так называемые ШИМ-регуляторы.
Простейшим вариантом будет использование двухступенчатой схемы включения.
Двухступенчатая схема включение Эта схема устанавливается параллельно включаемым лампам. Сначала ток течет через резистор, а лампы горят тускло. Через небольшое время, порядка полсекунды, включается реле, и ток течет через его силовые контакты, они в свою очередь шунтируют резистор и лампы зажигаются на полную яркость.
Номинал резистора от 0,1 до 0,5 Ом, он должен быть большой мощности – около 5 Вт, например, в керамическом корпусе.
Второй вариант – собрать импульсный блок для плавного розжига. Его схема сложнее:
Более сложный для реализации вариант Список компонентов:
- Резисторы:
- R1=2 k.
- R2=36 k.
- R3=0,22.
- R4=180.
- R5, 7=2,7 k.
- R6=1 M.
- Конденсаторы:
- C1=100 n.
- C2=22×25 B.
- C3=1500 p.
- C4=22×50 B.
- C5=2 мкф.
- Микросхема MC34063A или МС34063А, или КР1156ЕУ5.
- Полевой транзистор IRF1405 (или любой N-канальный с похожими параметрами: IRF3205, IRF3808, IRFP4004, IRFP3206, IRFP3077).
- Дроссель 100 мкГн, на ток не менее 500 мА.
- Светодиоды.
- Диоды 1N5819.
Время включения регулируется цепью R6C5. Увеличьте емкость, чтобы увеличить время.
Если вам сложно сделать такую схему, можете купить готовую сборку, типа автоконтроллера ЭКСЭ-2А-1 (25 А/IP54) или любой другой подходящий. В конкретно этой модели есть 2 канала, под каждую фару, 8 программ работы. Он основан на микроконтроллере PIC.
Лампа накаливания и её особенности
В век энергосберегающих и светодиодных ламп многие подзабыли уже, как пользовались простейшими лампами накаливания для освещения жилья. Но есть еще те, кто не отказался от такого вида световых приборов. Конечно, они не столь высокотехнологичны и экономичны как КЛЛ или LED, однако добиться увеличения их долговечности и уменьшения энергопотребления все же можно. Возможен вариант включения в схему устройства плавного включения ламп накаливания (УПВЛ) или .
Проблема в том, что при щелчке выключателя (резкой подаче напряжения) нить накаливания сильно изнашивается, т. к. сопротивление остывшей спирали значительно ниже, а значит и ток, поступающий на нее в момент нагрева, будет высоким (до 8 ампер). Попробуем разобраться, каков принцип работы таких устройств, помогающих прибавить жизни лампе накаливания, и как они устроены.
Принцип работы
Блок питания
Для меньшего износа нити накаливания необходимо сгладить скачок, т. е. обеспечить плавное включение и выключение ламп накаливания. Значит, нужно оптимальное соотношение температуры спирали и напряжения, что приведет к нормализации режима и, как следствие, сохранению работоспособности светового прибора на более долгий срок. Помочь может схема плавного включения ламп накаливания, если конкретно – нужно использовать специальный блок питания. В течение короткого времени нить накала разогреется до необходимого предела как температуры, так и напряжения, установленного человеком.
Если выставить уровень питания на 180 В, то, естественно, сила светового потока уменьшится на две трети, но при установке более мощных потребителей возможно добиться нужного уровня освещенности, обеспечивая плавный пуск ламп накаливания, при этом будет и экономия энергии, и продление срока эксплуатации самого светового прибора.
При приобретении такого блока плавного включения лампочек с нитью накаливания нужно уточнить, устойчиво ли устройство к высоким скачкам напряжения в сети. В идеале предельный запас по этому параметру должен превышать 25–30 %. И чем выше уровень этого показателя, тем больших размеров будет устройство. Необходимо учитывать этот факт, ведь блок плавного включения нужно где-то расположить.
Устройство плавного включения
Алгоритм работы устройства плавного включения лампы накаливания 220 В тот же, что и у блока питания, но УПВЛ имеет значительно меньшие размеры, благодаря чему его можно поместить и под колпак потолочного светильника, и непосредственно за выключатель (в тот же подрозетник), а также в соединительную коробку.
Подключать это устройство к сети 220 В нужно последовательно, соединив на фазный провод. А при условии, что напряжение на лампу подается в 12 В или 24 В, УПВЛ требуется его последовательное включение в схему до понижающего трансформатора.
Диммирование
Широко распространено использование в быту светорегуляторов или диммеров. Эти устройства также монтируются в схемы включения ламп накаливания и управляют уровнем подачи напряжения на светильник либо механическим (посредством вращения ручки), либо автоматическим способом. В цепь они чаще всего введены на место штатного выключателя (хотя есть более сложные модели, устанавливающиеся и на ввод напряжения в квартиру).
Самые простейшие диммеры – с поворотным механизмом регулировки. В таком устройстве возможна регулировка подачи от нуля до максимального напряжения в сети. Существуют такие приборы с дистанционным, сенсорным, звуковым и автоматическим (при помощи таймера) управлением.
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
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.
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.
Устанавливать или нет?
Кто-то скажет, что раньше жили без подобных устройств и даже не думали о подобном, и все было в порядке. Но ведь раньше и об экономии как-то не задумывались.
Конечно, возникает много вопросов по поводу УПВЛ. Стоит или нет тратить время и деньги на установку или изготовление своими руками подобного устройства, будет ли какая-либо экономия, а если да, то через какое время прибор оправдает свою покупку? Здесь каждый решает сам. Но то, что значительно экономится электроэнергия, и к тому же срок службы ламп при использовании УПВЛ увеличивается многократно – доказанный временем факт. А потому, если есть возможность установить подобное устройство, то нужно это сделать.
Для красивой подсветки отдельных деталей автомобиля, фонарей подсветки, панели приборов, габаритных огней. Получается довольно интересный эффект, при котором вы отключаете питание объекта с подсветкой, а он плавно затухает в течении 5 – 10 секунд…
Как реализовать плавное выключение светодиодов
Для реализации нам с Вами понадобятся такие компоненты:
- Собственно светодиод.
- Конденсатор (электролитический, большой емкости).
- Диод.
- Резистор, если используют светодиоды на 3.5 В.
- Паяльник, олово, флюс.
Начнем с объекта. Куда можно поставить? Ну, тут все зависит от Вашей фантазии. Габаритные огни, салонный свет, подсветка приборов – и много других мест, куда можно вставить плавно выключающийся светодиод. Я в скором времени реализую плавное выключение салонного плафона, то есть, чтобы при закрытии дверей он горел еще некоторое время. Также, если Вы изготавливаете , в сочетании с ними получится не плохо.
Ну что же начнем. Назначение всех элементов, я думаю, понятно, но не лишним будет повториться. Светодиод нужен для того, чтобы излучались световые волны:). Конденсатор – этот элемент и сохраняет напряжение, которое расходуется при отключении питания. Диод – используется для того, чтобы ток не ушел на другие потребители, другими словами – исполняет роль своеобразного клапана (туда пускает, назад нет).
Изготовление плавно гаснущих светодиодов
Набросаю такую вот интуитивно понятную схемку:
На схеме мы видим, что ничего сложного нет. Так что беремся за паяльник и вперед. Оговорюсь, что нужно узнать, как точно подключать компоненты. Электролитические конденсаторы имеют свойства разлетаться с выстрелом! Так что внимательно смотрим на фото:
Диод тоже важно правильно подключить:
Ну, вроде разобрались. Что касается номиналов деталей, диод подойдет почти любой, так как ток небольшой. Конденсатор – емкость подбираем индивидуально, чем больше емкость, тем дольше горит светодиод после отключения питания. Напряжение на конденсаторе минимум 16В.
Загрузка...