Регулятор яркости светодиодного светильника с ограничителем тока

Рейтинг:  0 / 5

Звезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активнаЗвезда не активна
 

И. Нечаев, г. Москва
Определённой популярностью в настоящее время пользуются различные автономные (так называемые кемпинговые) светодиодные светильники на большом числе маломощных светодиодов и с питанием от гальванических батарей или аккумуляторов. Многие из них имеют простую схему подключения светодиодов, которые в большинстве случаев соединены параллельно и без токоограничивающих резисторов. Для регулировки яркости свечения светодиоды разбиты на группы. С помощью переключателя к батарее подключают одну или сразу несколько групп светодиодов. Так реализована регулировка яркости светильника. Похожая конструкция у плоского светильника GL-36+5 (рис. 1), который производителем назван компактным кемпинговым.


Входящие в его состав маломощные светодиоды (41 шт.) конструктивно разделены на три группы, которые коммутируют с помощью четырёхпозиционного кнопочного переключателя. О доработке такого светильника, правда, с другой целью, рассказано в статье автора "Автономный светодиодный светильник с ёмкостным реле" ("Радио", 2018, № 10, с. 57, 58).
Как отмечено в этой статье, ток, потребляемый светодиодами в этом светильнике при "свежей" батарее, может достигать 1 А, при этом тонкие соединительные провода заметно нагреваются. Переключение числа светящихся светодиодов в меньшую сторону, конечно, изменяет общую яркость свечения, но светодиоды в этом случае работают с перегрузкой, в результате их ресурс сокращается, а энергия батареи расходуется бесконтрольно. Установка одного или нескольких токоограничивающих резисторов может уменьшить ток, но энергия батареи будет бесполезно преобразовываться на этих резисторах в тепло, т. е. КПД светильника снизится. Для изменения яркости светильника можно применить регулируемый стабилизатор тока, но если он будет линейным, КПД не увеличится.
Выходом из этой ситуации может быть применение импульсного преобразователя. Именно так и сделано в предлагаемом регуляторе яркости. Такой преобразователь можно собрать на специализированной микросхеме, но она может быть недоступной, поэтому он сделан на доступных и недорогих деталях.

Схема устройства показана на рис. 2. Оно представляет собой импульсный понижающий преобразователь напряжения с ограничителем выходного тока. На элементе DD1.1, диодах VD1, VD2, резисторах R1 —R3 и конденсаторе С2 собран генератор импульсов с регулируемой скважностью.
С указанными номиналами элементов генератор работает на частоте около 40 кГц. Скважность регулируют переменным резистором R1. На элементах DD1.2—DD1.4 собран буферный инвертирующий каскад, импульсы генератора на его вход поступают через конденсатор СЗ. С выхода этого каскада импульсы поступают на затвор полевого транзистора VT1. На этом транзисторе, диоде VD3, накопительном дросселе L1 и конденсаторе С4 собран понижающий преобразователь напряжения.
Транзистор VT1 открывается поступающими на его затвор импульсами, и начинается зарядка конденсатора С4 через дроссель L1, при этом в его магнитном поле накапливается энергия. По окончании импульса транзистор VT1 закрывается, а дроссель отдаёт накопленную энергию. При этом ток протекает через диод VD3 и дроссель L1, а зарядка конденсатора С4 продолжается. Светодиоды питаются от этого конденсатора.
В случае фиксированной нагрузки при изменении скважности импульсов выходное напряжение преобразователя можно изменять в больших пределах. Но поскольку ВАХ светодиодов нелинейная, напряжение на них будет изменяться в небольших пределах при изменении тока в несколько раз. Поэтому это устройство работает как преобразователь тока, причём повышающий, т. е. его выходной ток может превышать входной, что и надо для увеличения КПД.
На резисторе R5 собран датчик тока, а на транзисторе VT2 — каскад, управляющий скважностью импульсов генератора. В исходном состоянии транзистор VT2 закрыт и не влияет на скважность импульсов генератора, которую можно изменять резистором R1. Чем меньше скважность импульсов на выходе генератора, тем она больше на затворе транзистора VT1 и тем больше напряжение на светодиодах EL1—ELN и соответственно ток через них, который протекает через резистор R5. Когда напряжение на нём достигнет напряжения открывания транзистора VT2, появится его коллекторный ток, который приведёт к изменению скважности импульсов генератора, так что скважность на затворе транзистора VT1 станет уменьшаться, а это значит, что ток через светодиоды будет ограничен. Его значение зависит от сопротивления резистора R5 и материала, из которого изготовлен транзистор VT2. Для повышения КПД и уменьшения этого напряжения был применён маломощный германиевый транзистор ГТ322Б. Резистор R6 защищает базу этого транзистора от перегрузки по току.
Таким образом, яркость светильника можно регулировать от нуля до максимального значения, которое задано резистором R5 и параметрами транзистора VT2. На рис. 3 показаны зависимости тока через светодиоды и тока, потребляемого от батареи, в зависимости от питающего напряжения в режиме ограничения тока, т. е максимальной яркости.

Следует обратить внимание, что в этом случае при увеличении питающего напряжения потребляемый от батареи ток уменьшается. Этого не происходит, например, при применении токоограничивающего резистора или линейного стабилизатора тока. Такое свойство регулятора позволяет более рационально расходовать энергию батареи.

Большинство применённых элементов — выводные, они смонтированы на односторонней печатной плате, чертёж которой показан на рис. 4.

Постоянные резисторы — МЛТ, Р1-4, С2-23, переменный — СПЗ-4аМ. Если позволяют
размеры корпуса светильника, можно применить переменный резистор с выключателем СПЗ-4ГМ, при этом контакты двух его выключателей соединяют параллельно. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, остальные — керамические КД, К10-17. Транзистор APM2054N (в корпусе ТО-252) демонтирован с материнской платы ПК, его параметры: напряжение открывания — 0,9 В; максимальный ток стока — 10 А; сопротивление открытого канала — около 0,1 Ом. Этот транзистор можно заменить аналогичным. Транзистор ГТ322Б можно заменить любым маломощным германиевым. Дроссель намотан проводом ПЭВ-2 0,4 (30...35 витков) на кольцевом (внешний диаметр — 9,5 мм, высота — 3,3 мм) ферритовом магнитопроводе от ЭПРА КЛЛ.
Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 5.

Она размещена внутри корпуса светильника. Для переменного резистора в верхней крышке делают отверстие. Применительно к упомянутому светильнику регулятор яркости подключают между батареей и светодиодами, которые в этом случае соединяют параллельно. Питание на регулятор подают через штатный кнопочный переключатель, который теперь не выполняет функции регулятора яркости.
Предложенный регулятор можно применить в любом автономном светодиодном светильнике с батареей напряжением 4,5...7,5 В.
 Чертёж печатной платы скачать в формате Sprint-Layout
Продление срока службы светодиодных ламп. Понижение тока/ремонт
Увеличение срока службы светодиодных ламп
Светодиодная лампа для холодильника
СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА СВОИМИ РУКАМИ

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Яндекс.Метрика