Светодиодный светильник с регулируемой яркостью

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 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, СП3-3ОВ 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.

Автор: Андрей Кашкаров, г. Санкт-Петербург