Освещение на основе LED-источников, как никакое другое, предоставляет человеку огромную свободу творчества в силу своей чрезвычайной гибкости. Наиболее эффективно возможности светодиодов используются в моддинге. Речь идет о доработке внешнего вида компьютерного «железа» встраиванием в подходящие, малоподходящие и совершенно не подходящие для этого места всяких светодиодных «фишек». Моддинг-мейкеры вырезают в своих системных блоках причудливой формы отверстия, подсвечивают компьютерные внутренности, мыши, коврики. С точки зрения повышения работоспособности пользователя в подавляющем большинстве случаев моддинг - занятие совершенно бесполезное, но иногда выполненная доработка выглядит настоящим произведением искусства. Впрочем, упоминание об этом поветрии здесь лишь для иллюстрации практически бесконечных возможностей LED-источников с точки зрения дизайна. Найдите предметы, к которым стоит привлечь внимание местной подсветкой, и только после этого занимайтесь технической стороной.

Данный раздел поможет решить технические трудности, которые могут возникнуть при обеспечении требуемого питания светодио дов. Не всегда желательно (и удобно) пользоваться классическим сетевым трансформатором из-за его габаритов, далеко не всегда подходят простейшие решения в виде одних лишь балластных резисторов. Регулировка яркости - тоже довольно непростая проблема, требующая специальных знаний и определенного радиолюбительского опыта. Именно о технике и пойдет речь.

Управление яркостью светодиодов обычно выполняют способом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Любой твердотельный источник света практически безынерционен - его включения и отключения происходят мгновенно. Схема управления (СУ) выдает импульсы с переменной скважностью (отношением длительности высокого уровня сигнала к периоду), которые поступают на ключевой элемент VT (полевой или биполярный транзистор). Этот ключевой элемент коммутирует светодиод HL через резистор R на общий провод схемы (рис. 3.28). Таким образом, чем меньше скважность импульсов, тем меньше светит LED-источник, тем он воспринимается нами тусклее. Может возникнуть резонный вопрос: если светодиод благодаря управляющим импульсам все время мигает, не воспримет ли это мигание глаз? Если период сигнала окажется большим (малая частота), то - вне всякого сомнения. Но управляющая частота выбирается большой (более 1 кГц), и глаз в силу своей инерционности ничего не замечает. Обратите внимание на схожесть данного технического решения с принципами устройства высокочастотных балластов люминесцентных ламп.

Конечно, можно управлять яркостью светодиодов и токовым способом, но это намного менее эффективно, особенно при постоянном питающем напряжении - ведь необходимо где-то рассеивать

Рис. 3.28. Принципиальная схема системы управления яркостью излишек энергии. Вследствие этого токовый способ в технике LED-освещения практически не применяется.

А теперь - к практическим конструкциям. Вначале мы познакомимся со схемами, позволяющими получать питание от автономных и сетевых низковольтных источников (батарей и понижающих стабилизаторов). Особенно актуально сегодня конструирование, точнее, доработки карманных фонариков, велосипедных фар, автомобильных стоп-сигналов и указателей поворотов.

Казалось бы, что может быть проще замены лампы накаливания светодиодом? Достаточно вставить его в винтовой цоколь, распаять через балластный резистор - и замена состоялась, особенно если в фонарике три батарейки. Увы, далеко не все фонари выпускаются сегодня с тремя батарейками (чаще встречаются разновидности с двумя), к тому же в процессе работы гальванические элементы теряют заряд, напряжение на них падает, и яркость уменьшается достаточно заметно. Чтобы использовать ресурс батарей наиболее полно, догадались встраивать в фонари специальные стабилизаторы тока светодиодов, выходной ток которых не зависит от входного напряжения (в определенных пределах, разумеется).

Схема, изображенная на рис. 3.29, рассчитана на микросхему ADP1110 от «Analog Device». Здесь приводится несколько модернизированный вариант, связанный с улучшением способа подключения светодиодов HL1-HL4 с использованием балластных резисторов.

Устройство представляет собой бустерный (повышающий) стабилизатор со встроенным ключевым транзистором, внешним дросселем L1 и блокировочным диодом VD1, позволяющий поддерживать яркость свечения постоянной максимально возможное время

Рис. 3.29. Схема светодиодного фонаря со стабилизатором и использовать заряд батарей практически полностью. Конструктивное оформление будет зависеть от имеющихся в наличии осветительных приборов. Главная рекомендация по сборке: элементы должны находиться на минимально возможных расстояниях друг от друга, что сокращает до минимума связи между ними.

Несколько слов об используемых элементах. Микросхема DA1 должна быть с выходным напряжением 3,3 В либо допускать регулировку напряжения (исполнения ADPlllOAN, ADP1110AR, ADP11 lOAN-3,3, ADP1110AR-3,3). Индуктивность дросселя L1 может находиться в пределах 20-100 мкГн; ток подмагничивания - не менее 0,5 А. Можно также намотать дроссель на кольце из Мо-пер-маллоя МП-60 типоразмера К 10x6x30. Количество витков - 40, провод ПЭТВ-2 00,25-0,3 мм. На место диода VD1 подойдут диоды Шоттки 1N5818,1N5819,1N4148. Использовать обычные диоды здесь нельзя - слишком у них большое прямое падение напряжения. Резисторы С2-33, С2-23, Р1-12 мощностью 0,125 Вт с допуском 5%.

Немного отличается от предыдущей схема фонаря на рис. 3.30. В нее также внесены некоторые улучшения, связанные с питанием светодиодов. Основа - все тот же бустерный преобразователь на микросхеме МАХ756, выпускаемой фирмой «Maxim». Встраивался преобразователь в фонарик фирмы «Varta», обеспечивающий установку 2 элементов типа АА, а также поворот рефлектора (отражателя) на 180°. Параметры преобразователя позволяют продолжать работу фонаря вплоть до снижения питающего напряжения ниже 0,7 В.

Требования к элементам - такие же, как и в предыдущей схеме, поскольку отличия очень незначительные. Чем меньше будут габариты деталей, тем компактнее получится стабилизатор. Микросхе-

Рис. 3.30. Схема светодиодного фонаря му МАХ756 можно заменить ее полным отечественным аналогом КР1446ПН1А или КР1446ПН1Е.

При полностью заряженных батареях КПД составляет 87 %, то есть столько, сколько записано в технической документации на микросхему. По мере разряжения батарей их КПД падает и уже к 1,5 В на входе составляет 65 %; при дальнейшем снижении напряжения до 1,0 В КПД также понижается и составляет всего 40%, но фонарик не теряет яркости света. Так что фонарю для нормальной работы может быть достаточно даже одного элемента типа АА.

Насколько удобнее и экономичнее светодиодный фонарь? Особой популярностью такие фонари пользуются у велотуристов. У фонарей с лампами накаливания срок автономной работы в лучшем случае составляет 3-4 ч. Но если, катаясь по вечерам в городских парках, можно смириться с необходимостью почти каждый день ставить фонарь на подзарядку, то что делать в многодневном походе? Брать с собой несколько комплектов батарей тяжело - в походе и так каждый грамм на счету. А фара на диодах будет без проблем светить все ночи напролет в течение недели - и это на обычных батареях средней цены и качества.

Драйверы светодиодов можно также построить на микросхемах LTC3214, LTC3215, LTC3216, LTC3217, LT3477, LT3783, LTC3490, LT3474, LT3479, LT1618, LTC3453, LTC3454, LT3466, LT3486, LT1618 и многих других.

Совершенно по-иному строятся драйверы для питания светодиодов от сети 220 В. Здесь нужно не повышать напряжение, а гасить его излишек, причем весьма значительный. Погасить напряжение без тепловыделения поможет реактивное сопротивление конденсатора, включенного последовательно с цепочкой светодиодов (рис. 3.31).

Рис. 3.31. Схема для подключения светодиодов к бытовой сети

Функцию балласта выполняет конденсатор С1, который в целях электробезопасности шунтирован резистором R1. Варистор RP1 защищает лампу от возгорания при появлении очень больших выбросов напряжения в сети, предохранитель F1 выполняет ту же функцию. Диодный мост с конденсатором С2 образуют фильтр, от которого питается цепочка R2, HL1-HL15. Супрессор (полупроводниковый прибор, ограничитель напряжения) VD5 защищает светодиоды от повышения прямого тока через них.

Здесь использованы стандартные элементы: полярный конденсатор типа К50-68, неполярный - типа К73-17; резисторы типа С2-23 или С2-33. Вместо компактного диодного моста VD1-VD4 можно использовать любые выпрямительные диоды с обратным напряжением не менее 400 В и прямым током не менее 1 А.

Хотя по своим световым характеристикам этот светильник с лампой мощностью всего 1 Вт эквивалентен обычному с лампой накаливания мощностью 20 Вт, недостаток схемы очевиден: при изменении напряжения в сети будет меняться яркость лампы. Если схему усложнить, можно не только добиться стабилизации светового потока, но еще и регулировать яркость (рис. 3.32).

Основным узлом управления здесь служит микросхема DA1, которая обычно используется при построении импульсных преобразователей напряжения. Микросхема получает питание через резистор R6, конденсатор С6 фильтрует напряжение питания. Ре-

Рис. 3.32. Схема экономичного светильника зисторный делитель R15, R5 отслеживает величину входного напряжения, его средняя точка подключена к усилителю обратной связи микросхемы, который регулирует скважность импульсов, поступающих на выход 6. Элементы СЗ, R3 корректируют частотную характеристику усилителя обратной связи, элементы R4, С4, С5 задают частоту коммутации ключей VT1-VT4. В данном случае она выбрана около 30 кГц.

В цепи стоков транзисторов VT1-VT4 включены светодиодные цепочки, излишек напряжения гасит конденсатор С2. Элементы LI, Cl, R1 - простой фильтр помех, возникающих при коммутации транзисторов.

Дроссель L1 наматывается двумя проводами ПЭТВ-2 00,45 мм на кольце из феррита М2000НМ типоразмера К10х6х4,5. Количество витков - 10-15. Вместо микросхемы UC3834 можно использовать отечественный аналог КР1033ЕУ15.

Настройка балласта сводится к установке среднего тока через диоды HL1-HL16 порядка 10-15 мА. Сделать это можно так: перед включением на место R5 установить подстроечный резистор, выставив его сопротивление около 3 кОм. После включения светодиоды должны слабо светиться. Теперь подключаемся вольтметром к резистору R11 через интегрирующую RC-цепочку с резистором 5,1 кОм и конденсатором 1 мкФ (неполярным). Вращая резистор R5, устанавливаем по вольтметру напряжение 10-12 В. Реальный ток через светодиоды может быть больше, но за счет скважности тепловой режим выровняется. Теперь можем измерить сопротивление R5 и подобрать постоянный резистор с близким номиналом.

На рис. 3.33 показан драйвер-стабилизатор, позволяющий питать светодиоды током до 350 мА, причем здесь на светодиоды уже не поступает импульсное напряжение - они питаются постоянным током. В основе здесь лежит микросхема UC3845, отличающаяся от UC3843 только максимальным значением скважности, которая ограничена величиной 0,5. Элементы VT1, Т1 (обмотка 1-2), С7 образуют чоппер (силовую часть регулятора ШИМ). Обмотка 3-4 питает микросхему при работе балласта.

В конструкции использованы стандартные элементы. Трансформатор Т1 наматывается на кольце из Мо-пермаллоя типоразмера К 19 х 11 х 6,7. Обмотка 1-2 содержит 250 витков провода ПЭТВ-2 00,25 мм, обмотка 3-4 - 100 витков провода 00,1 мм.

При настройке вместо резистора R5 точно так же впаивается под-строечный и на резисторе Rl 1 выставляется (уже без всяких RC-цепей) напряжение 0,5 В. Если появится желание, можно добавить параллельно еще до шести светодиодных цепочек и оснастить сетевым фильтром аналогично предыдущей конструкции.

А теперь - немного о специально разработанных микросхемах для подключения светодиодов непосредственно к сетевому напряжению. Единственный их недостаток в том, что приобрести их пока довольно сложно.

На рис. 3.34 показана микросхема CL1, разработанная фирмой «Supertex Inc». Это не что иное, как источник тока, поддерживаю-

Рис. 3.33. Схема стабилизатора для светодиодов

Рис. 3.34. Микросхема CL1 фирмы «Supertex Inc»: а - подключение в виде самостоятельного источника тока; 6 - параллельное подключение для усиления тока щий значение тока через свои выводы около 20 мА при изменении напряжения между его выводами от 5 до 90 В; несколько микросхем могут включаться параллельно (рис. 3.34, 6) для усиления тока.

Количество светодиодов для светильника выбирается таким, чтобы разница между напряжением питания и суммарным прямым падением напряжения была около 45 В (с запасом на повышение и понижение напряжения).

На рис. 3.35 показано применение микросхемы HV9910 той же фирмы. Элементы С2, СЗ, VD5, VD6, VD7 составляют пассивный корректор коэффициента мощности, в остальном схема очень похожа на приводившуюся на рис. 3.33. Датчик тока R3 отслеживает

Рис. 3.35. Схема стабилизатора для светодиодного светильника

Рис. 3.36. Простейший стабилизатор для светодиодного светильника момент закрывания транзистора VT1. Эта микросхема, пожалуй, одна из самых удачных, так как содержит минимум элементов, предоставляя максимум возможностей (стабилизация яркости, защита от перегрузки, высокий КПД).

Достаточно простой драйвер на микросхеме MBI60001 (рис. 3.36) не требует даже диодного моста и сглаживающего фильтра. К сожалению, по неизвестным причинам данную микросхему сняли с производства.