Светодиодный светильник с регулируемой яркостью

Светодиодный светильник

В больших квартирах и частных домах в вечернее и ночное время трудно проследовать по темным коридорам или лестницам. Для собственной безопасности, чтобы не передвигаться, что называется, на ощупь, приходится включать освещение. Многие так и поступают, но есть и альтернативный вариант - светильники мягкого света, которые можно устанавливать автономно в любом месте на усмотрение хозяина.
Кроме безусловных «плюсов» такие автономные светильники имеют несколько существенных недостатков.

Во-первых, автономность - питание от батарей или аккумуляторов, которые со временем приходят в негодность или нуждаются в зарядке.
Во-вторых, в качестве освещающего элементов в таких устройствах задействованы лампы накаливания, имеющие (как и все лампы накаливания) низкий КПД, малый ресурс работы и потребляющие относительно большой ток. В качестве альтернативного экономичного варианта предлагается простое электронное устройство, схема которого показана на рис.1. В нем в качестве осветительных элементов применены мощные светодиоды.

Устройство представляет собой импульсный низковольтный регулятор мощности постоянного тока, позволяющий изменять яркость свечения мощных светодиодов или значение тока в другой активной нагрузке. По сравнению со светильниками на основе ламп накаливания такое устройство лишено главных недостатков - ресурс работы светодиодов соответствует нескольким десяткам тысяч часов, предусмотрена возможность плавной регулировки мощности освещения, устройство предназначено для питания как от автономных источников тока (батареек или аккумуляторов), так и от стационарного стабилизированного источника питания с напряжением 6... 15 В. Кроме того, оно просто в повторении, так как содержит всего одну КМОП-микросхему.

Применение в схеме светодиодов позволяет широко расширить область его применения.
Так, если вместо указанных на схеме светодиодов установить светодиоды другого цвета свечения (синего, желтого, красного, зеленого и других), кроме того, установить даже мигающие светодиоды, тогда данное устройство можно с успехом применять в качестве аварийной индикации каких-либо процессов. При этом яркость его свечения не уступает яркости нескольких миниатюрных ламп накаливания (на напряжения 6,3... 13,5 В) но, по сравнению с ними, такое устройство потребляет гораздо меньшую мощность.
Устройство можно использовать для плавной регулировки освещенности в салоне автомобиля, а также для регулировки яркости подсветки его приборной панели и для многих других целях.

Работа устройства
В устройстве (рис.1) применена микросхема К561ЛЕ5, три элемента которой включены по схеме инверторов. В каждой микросхеме К561ЛЕ5 имеется четыре однотипных элемента. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью.

Импульсы с выхода второго элемента, DD1.2 через DD1.3 поступают на затвор мощного полевого транзистора VT1, в цепь истока которого через ограничительные резисторы R3 и R4 включена нагрузка - две цепи по четыре светодиода HL1-HL8. Транзистор VT1 при отсутствии сигнала на затворе имеет большое сопротивление (порядка нескольких МОм) перехода сток-исток, поэтому ток потребления устройства ничтожно мал -всего несколько мкА (когда светодиоды не светятся), и, при включенном VT1 может доходить до 200 мА (в зависимости от режима работы устройства и типа примененных мощных светодиодов).


Когда на выходе инвертора DD1.3 присутствуют импульсы с преобладающим высоким уровнем напряжения, транзистор VT1 находится в открытом состоянии большую часть периода импульса, генерируемого ИМС DD1. Когда на входе транзисторного ключа будут прямоугольные импульсы с преобладающим низким уровнем напряжения (это зависит от положения движка переменного резистора R2, регулирующего скважность импульсов), транзистор находится в открытом состоянии меньшую часть периода импульсов генератора на DD1. При этом ток через светодиоды уменьшается вплоть до почти полного его отсутствия.

Яркость светодиодов HL1-HL8 изменяется в зависимости от уменьшения или увеличения скважности положительных импульсов на выходе элемента DD1.3.

Все неиспользованные входы микросхемы DD1 (выводы 12, 13) желательно объединить между собой и подключить к «+» питания.
Транзистор VT1 следует установить на теплоотвод, он потребуется в случае длительного использования устройства во включенном состоянии (в режиме 24 часа).

Переключение транзистора происходит с почти постоянной частотой около 100 Гц. С помощью
переменного резистора R2 скважность импульсов можно изменять так, что мощность, подводимая к нагрузке, варьируется в пределах от 5 до 95% от предельного значения. Свечение светодиодов получается мягким, мерцания не заметно.

Конструкция и детали
Печатная плата устройства для экономии времени не разрабатывалась. Элементы закрепляют на монтажной плате. Выводы соединяют перемычками проводами МГТФ сечением 0,2...0,35 мм. Промышленный корпус светильника (см. фото) с регулятором внутри крепят в удобном месте и соединяют проводниками со стационарным источником питания через компактный разъем, например РП10-5.
Ручка регулировки переменного резистора должна быть доступна для изменения яркости светодиодов в случае необходимости.

Полевой транзистор КП743Б можно заменить КП743А, КП510 с любым буквенным индексом или зарубежным аналогом IRF511.
Все постоянные резисторы типа МЛТ или С2-23. При длительной эксплуатации устройства резисторы R3, R4 будут нагреваться до температуры 40...50°С. Если предполагается работа в режиме 24 часа - R3 и R4 лучше заменить более мощными, с мощностью рассеяния 1 Вт.

Переменный резистор R2 (кроме рекомендуемого СПО-1БВ) может быть типа СПЗ-12В, СПЗ-ЗОВ и аналогичного. Желательно, чтобы он имел линейную характеристику изменения сопротивления - букву «А» в индексе.

Конденсатор С1 типа КМ-6 или К73-17, что предпочтительней. Оксидный конденсатор С2 фильтрует пульсации напряжения источника питания по низкой частоте. Он может быть любого типа, например К50-29.

Диоды VD1, VD2 можно заменить КД521, КД522, Д311 и аналогичными с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD3 служит в качестве защитного элемента при перенапряжении от источника питания (к примеру, при установке устройства в автомобиль). Если использовать устройство в квартире с питанием от стабилизированного источника, то VD3 можно исключить из схемы.

Вместо микросхемы К561ЛЕ5 можно применить микросхему К561ЛА7. Кроме того, допустима замена микросхемой К561ЛН2 с учетом того, что у нее другая цоколевка выводов.

Светодиоды, кроме указанных на схеме, могут быть типа RS276-143 и аналогичные. Если указанные на схеме светодиоды (8 шт.) окажутся слишком яркими, их количество можно сократить до 6 шт. При этом надо увеличить номинал R3 и R4 до 91 Ом и установить их мощностью 1 Вт.

Настройка
Настройки устройство не требует.
В точке соединения выводов 1, 2, 4 микросхемы DD1 осциллографом удобно контролировать наличие импульсов и, при изменении положения движка переменного резистора R2, их скважность.

Мощные светодиоды L793SRC-E имеют силу света 2,8 кандел. Она несравнима с силой свечения популярного некогда индикаторного светодиода АЛ307БМ (не более 10 милликандел), поэтому по величине светового потока, а также из-за возможности регулировки силы свечения, предлагаемое устройство, на мой взгляд, останется актуальным еще долго.

Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург
Источник: Журнал Радиоаматор №2 (февраль) 2016 стр.32