Ремонт світлодіодних ламп на прикладах. Застосування світлодіодів в електронних схемах Світлодіод hl1 Технічні характеристики

Незважаючи на високу вартість, споживання електроенергії напівпровідниковими світильниками (LED) набагато менше, ніж у ламп розжарювання, а термін служби у 5 разів більший. Схема світлодіодної лампи працює при подачі 220 вольт, коли вхідний сигнал, що викликає свічення, перетворюється до робочої величини за допомогою драйвера.

Світлодіодні світильники на 220 В

Хоч би якою була напруга живлення, на один світлодіод подається постійна напруга 1,8-4 В.

Типи світлодіодів

Світлодіод – це напівпровідниковий кристал із кількох шарів, що перетворює електрику у видиме світло. При зміні його складу виходить випромінювання певного кольору. Світлодіод робиться на основі чіпа - кристала з майданчиком для підключення провідників живлення.

Щоб відтворити біле світло, синій чіп покривається жовтим люмінофором. При випромінюванні кристала люмінофор випромінює своє. Змішування жовтого та синього світла утворює білий.

Різні способи складання чіпів дозволяють створювати 4 основні типи світлодіодів:

1. DIP – складається з кристала з розташованою зверху лінзою та приєднаними двома провідниками. Він найбільш поширений і використовується для підсвічування, у світлових прикрасах та табло.
2. "Пірання" - схожа конструкція, але з чотирма висновками, що робить її більш надійною для монтажу і покращує відведення тепла, що виділяється. Здебільшого застосовується у автомобільної промисловості.
3. SMD-світлодіод – розміщується на поверхні, за рахунок чого вдається зменшити габарити, покращити тепловідведення та забезпечити безліч варіантів виконання. Використовується у будь-яких джерелах світла.
4. СОВ-технологія, де чіп впаюється у плату. За рахунок цього контакт краще захищений від окислення та перегріву, а також значно підвищується інтенсивність свічення. Якщо світлодіод перегорає, його треба повністю змінювати, оскільки ремонт своїми руками із заміною окремих чіпів неможливий.

Недоліком світлодіода є його невеликий розмір. Щоб створити велике яскраве світлове зображення, потрібно багато джерел, об'єднаних у групи. Крім того, кристал згодом старіє, і яскравість ламп поступово падає. У якісних моделей процес зношування протікає дуже повільно.

Пристрій LED-лампи

До складу лампи входять:

• корпус;
• цоколь;
• розсіювач;
• радіатор;
• блок світлодіодів;
• безтрансформаторний драйвер.

Пристрій LED-лампи на 220 вольт

На малюнку зображено сучасну LED-лампу за технологією СОВ. Світлодіод виконаний як одне ціле, з безліччю кристалів. Для нього не потрібно розпаювання численних контактів. Достатньо приєднати лише одну пару. Коли робиться ремонт світильника з світлодіодом, що перегорів, його змінюють повністю.

За формою лампи бувають круглими, циліндричними та іншими. Підключення до мережі живлення здійснюється через різьбові або штиркові цоколі.

Під загальне освітлення вибираються світильники з колірною температурою 2700К, 3500К та 5000К. Градації спектра можуть бути будь-якими. Їх часто використовують для висвітлення реклам та в декоративних цілях.

Найпростіша схема драйвера для живлення лампи від мережі зображена нижче. Кількість деталей тут мінімальна, за рахунок наявності одного або двох резисторів, що гасять R1, R2 і зустрічно-паралельного включення світлодіодів HL1, HL2. Так вони захищають одна одну від зворотної напруги. При цьому частота мерехтіння лампи збільшується до 100 Гц.

Найпростіша схема підключення LED-лампи до мережі 220 вольт

Напруга живлення 220 вольт надходить через обмежувальний конденсатор С1 на випрямний міст, а потім – на лампу. Один із світлодіодів можна замінити на звичайний випрямний, але при цьому мерехтіння зміниться до 25 Гц, що погано вплине на зір.

На малюнку нижче зображено класичну схему джерела живлення LED-лампи.Він застосовується в багатьох моделях, і його можна витягувати, щоб робити ремонт своїми руками.

Класична схема включення LED-лампи до мережі 220 В

На електролітичному конденсаторі випрямлена напруга згладжується, що усуває мерехтіння частотою 100 Гц. Резистор R1 розряджає конденсатор при вимкненні живлення.

Ремонт своїми руками

У простій LED-лампі з окремими світлодіодами можна зробити ремонт із заміною несправних елементів. Вона легко розуміється, якщо акуратно відокремити від скляного корпусу цоколь. Усередині розташовуються світлодіоди. У лампи MR 16 їх 27 штук. Для доступу до друкованої плати, на якій вони розміщені, треба видалити захисне скло, підчепивши його викруткою. Деколи цю операцію зробити досить важко.

Лампа світлодіодна на 220 вольт

Світлодіоди, що прогоріли, відразу замінюються. Інші слід продзвонити тестером або подати на кожну напругу 1,5 В. Справні повинні загорятися, інші підлягають заміні.

Виробник розраховує лампи так, щоб робочий струм світлодіодів був якомога вище. Це значно знижує їхній ресурс, але “вічні” пристрої продавати невигідно. Тому послідовно до світлодіодів можна підключити резистор, що обмежує.

Якщо світильники моргають, причиною може бути вихід із ладу конденсатора С1. Його слід замінити іншою, з номінальною напругою 400 В.

Виготовити своїми руками

Наново світильники на світлодіодах роблять рідко. Лампу простіше виготовити із несправної. Фактично виходить, що ремонт та виготовлення нового виробу – це один процес. Для цього LED-лампу розбирають і відновлюють світлодіоди, що перегоріли, і радіодеталі драйвера. У продажу часто бувають оригінальні світильники з нестандартними лампами, яким надалі важко знайти заміну. Простий драйвер можна взяти з несправної лампи, а світлодіоди – зі старого ліхтарика.

Схема драйвера збирається за класичним зразком, розглянутим вище. Тільки до неї додається резистор R3 для розрядки конденсатора С2 при відключенні пари стабілітронів VD2,VD3 для його шунтування на випадок обриву ланцюга світлодіодів. Можна обійтися одним стабілітроном, якщо правильно підібрати напругу стабілізації. Якщо вибрати конденсатор під напругу більше 220 В, можна обійтися без додаткових деталей. Але в цьому випадку його розміри збільшаться і після того, як буде зроблено ремонт, плата з деталями може не поміститися в цоколь.

Драйвер LED-лампи

Схему драйвера наведено для лампи з 20 світлодіодів. Якщо їх кількість буде іншою, необхідно підібрати таку величину ємності конденсатора С1, щоб через них проходив струм 20 мА.

Схема живлення LED-лампи є найчастіше безтрансформаторною, і слід бути обережним при монтажі своїми руками на металевому світильнику, щоб не було замикання фази або нуля на корпус.

Конденсатори підбираються за таблицею, залежно від кількості світлодіодів. Їх можна закріпити на алюмінієвій пластині у кількості 20-30 шт. Для цього в ній свердляться отвори і на термоклей встановлюються світлодіоди. Їх паяння виробляється послідовно. Усі деталі можна розмістити на друкованій платі зі склотекстоліту.Вони розташовуються з боку, де немає друкованих доріжок, за винятком світлодіодів. Останні – кріпляться пайкою висновків на платі. Їхня довжина становить близько 5 мм. Потім пристрій збирається у світильнику.

Настільна лампа на світлодіодах

Лампа на 220 Ст.

Про виготовлення світлодіодної лампи на 220 В своїми руками можна дізнатися із цього відео.

Правильно виготовлена ​​саморобна схема світлодіодної лампи дозволить експлуатувати її багато років. Для неї можливий ремонт. Джерела живлення можуть бути будь-які: від звичайної батареї до мережі на 220 вольт.

Світлодіоди або СВІТЛО випромінюючі ДІОДИ (в англійському варіанті LED - Light Emitting Diode) добре відомі кожному електроннику. Це напівпровідникові прилади, що перетворюють електричний струм на світлове випромінювання. Їхні основні переваги: ​​високий ККД, близьке до монохромного випромінювання, мініатюрність, механічна міцність, висока надійність, мале тепловиділення, до 10 років напрацювання без вимкнення живлення. Нарешті, світлодіоди є низьковольтними приладами, а отже, максимально електробезпечними.

Перші промислові зразки світлодіодів червоного кольору з'явилися 1962 р. (фірма General Electric Corp.). У 1976 р. були розроблені світлодіоди оранжевого, зеленого та жовтого кольору свічення, а в 1993 р. з'явилися перші напівпровідникові випромінювачі синього кольору (фірма Nichia Corporation). У аматорських конструкціях найчастіше застосовують «червоні» та «зелені» світлодіоди, рідше – «сині» та «білі».

Характерні значення ККД у стандартних світлодіодів – від 1 до 10%. Для порівняння, ККД парового двигуна становить 5…7%. У потужних сучасних світлодіодів цей показник сягає 12...35%.

У Табл. 2.1 наведено параметри малопотужних світлодіодів із силою світла не більше 1000 МК д. Їх особливістю є значний технологічний розкид вольт-амперної характеристики (ВАХ). Як наслідок, для конкретного світлодіода прямий струм/ПР та пряма напруга V np відомі лише орієнтовно. При розрахунках на це зазвичай заплющують очі, оскільки в більшості випадків від світлодіода потрібна констатація факту «ввімкнено» або «вимкнено».

Таблиця 2.1. Параметри малопотужних світлодіодів загального застосування

Умовна напруга 1.6; 1.7; 1.8; 3.5 В характеризують початкову точку підйому кривої ВАХ, відповідно, у «червоного», «жовтого», «зеленого» та «синього»/«білого» індикаторів. Саме ці цифри надалі вказуватимуться в електричних схемах біля позначення світлодіодів. Однак реальна робоча напруга У пр приблизно на 0.1 ... 0.4 більше початкового, що залежить від струму, що протікає (Рис. 2.1).

Мал. 2.1. Типові ВАХ малопотужних світлодіодів фірми Kingbright.

Важливі зауваження.

1. Не слід встановлювати постійний прямий струм/ПР через світлодіод, близький до максимальної межі, вказаної в датасіті. Зазвичай це 20 мА. Тривала робота з таким струмом знижує довготривалу надійність. Для отримання прийнятної яскравості свічення достатньо задати струм 4...10 мА.

2. Світлодіоди допускають імпульсний режим роботи, при якому прямий струм / ПР можна збільшити в 3...6 разів до 60...120 мА зі збереженням середнього струму за період не більше 20...25 мА. При розрахунках слід пам'ятати, що з підвищенням струму зростає і напруга. Наприклад, для «зеленого» світлодіода при струмі 15 мА напруга ПР = 2.1 В, а при струмі 75 мА V np = 2.7 В.

3. Червоний колір індикації не гарантує того, що світлодіод відноситься до групи з умовним початком кривої ВАХ 1.6 (хоча в більшості випадків саме так і є). "Червоний" світлодіод може мати "зелену" ВАХ з точкою підйому 1.8 В. Все залежить від хімічного складу, з якого виготовляється випромінювач, а цей параметр при покупці на радіоринку апріорі невідомий. Аналогічна ситуація з потужними «зеленими» світлодіодами, які можуть мати «синю» ВАХ з точкою підйому 3.5 Ст.

4. У деяких даташитах на світлодіоди вказується максимально допустима зворотна напруга У ОБР = 2…5 В. Але це лише тестова напруга, при якій на заводі-виробнику перевіряється зворотний струм витоку, рівний кільком десяткам мікроампер.

5. Світлодіод виходить з ладу не від високої зворотної напруги, а від перевищення потужності, що розсіюється на ньому. У дослідженнях показано, що світлодіоди зеленого та червоного кольору мають «стабілітронну» ВАХ із досить крутим вигином. При зворотній напрузі 12...35 відбувається оборотний пробій n-p-переходу. Якщо струм при пробої вбирається у 2…4 мА, то потужність розсіювання залишається в регламентованих даташитом рамках 75…150 мВт.

Практичний висновок - при напрузі живлення MK в межах 3..5 можна не побоюватися «переплутати» полярність при запаянні «червоно-оранжево-жовто зелених» індикаторів. Усі вони гарантовано залишаться цілими.

«Сині» та «білі» світлодіоди в цьому відношенні набагато ніжніші. Вони бояться електростатичних потенціалів, які можуть накопичуватися на одязі та на тілі людини. Зворотна напруга для них не повинна перевищувати 5 і поводитися з ними треба приблизно так, як з польовими транзисторами.

Рис. 2.2, а ж показані схеми підключення одиночних світлодіодів до однієї лінії MK. Рис. 2.3, a…M показані схеми підключення одиночних світлодіодів до кількох ліній MK.

Мал. 2.2. Схеми підключення одиночних світлодіодів до однієї лінії MK (початок):

а) стандартна схема обмеження струму через світлодіод HL1 з допомогою резистора R1. Для орієнтиру у ідеалізованого MK Г 1Н = 4.75 В при струмі навантаження 5…10 мА і Г 1Н = 4.5 В при струмі навантаження 20 мА;

б) аналогічно Мал. 2.2 а, але з інверсією сигналу на виході МК Для орієнтиру у ідеалізованого MK V OL = 0.15…0.3 В при струмі навантаження

5.. . 10 мА і V OL = 0.4…0.5 при струмі навантаження 20 мА. Якщо виходи MK мають симетричну здатність навантаження, то між схемами на Рис. 2.2, а й на Мал. 2.2 б різниці немає;

в) пряме підключення світлодіода HL1 до лінії MK можливе, але тільки за низької напруги живлення. Робоча точка КПР = 2 В при / ПР = 15 мА. Однак у кожному конкретному випадку треба звірятися з графіками здатності навантажень ліній MK згідно даташиту;

г) підключення світлодіода HL1 до джерела підвищеної напруги +9 через гасить стабілітрон VD1. Перевірочний розрахунок - сума напруги живлення MK (5 В) та напруги стабілізації VD1 (5.6 В) повинна бути більшою, ніж різниця між підвищеною напругою (9 В) та падінням напруги на світлодіоді HL1 (1.7…1.9 В); Про

Про Мал. 2.2. Схеми підключення одиночних світлодіодів до однієї лінії MK (закінчення):

д) світлодіод HL1 має вбудований інтегральний резистор, що обмежує прямий струм. У датасіті замість опору резистора вказується допустима робоча напруга світлодіода при струмі не більше 20 мА. Класифікаційний ряд на замовлення: 3; 5; 12 В;

е) передбачається, що світлодіод HL1 знаходиться на значній відстані від MK і пов'язаний з контактними майданчиками XI, Х? довгими проводами. Резистори R1, R2 - захист струму, у разі обриву проводів і замикання їх у металевий корпус приладу, який, зазвичай, з'єднується з ланцюгом GND («масою»);

ж) ефект плавного гасіння світлодіода HL1. У вихідному стані на виході MK низький рівень, світлодіод погашений. Високим рівнем на виході MK здійснюється швидке включення світлодіода, а потім плавне зменшення його яскравості в міру заряду конденсатора C1. Діод VD1 допомагає розряджатися конденсатору С/ при низькому рівні на виході MK.

Мал. 2.3. Схеми підключення одиночних світлодіодів до кількох ліній MK (початок):

а) включення світлодіодів HL1…HLn здійснюється незалежно один від одного при ВИСОКОМ рівні на виході MK. Резистори R1…Rn обмежують струми через світлодіоди та визначають яскравість їх свічення. Сумарний струм через виведення живлення +5 В при ВИСОКОМУ рівні на всіх виходах не повинен перевищувати 100...300 мА (дивитися в датасіті на конкретний MK);

б) аналогічно Мал. 2.3, а, але при активному низькому рівні та з окремим джерелом живлення для світлодіодів. Якщо виходи MK мають симетричну здатність навантаження і живлення світлодіодів становить +5 В, то схеми на Рис. 2.3, а й на Мал. 2.3 б рівноцінні;

в) типовий прийом скорочення числа резисторів. Застосовується, якщо не потрібне одночасне свічення кількох індикаторів, інакше знижуватиметься їхня яскравість через підвищену напругу на резисторі R1\

г) аналогічно Мал. 2.3, в, але з «біжить нулем» на виходах MK;

д) індикатор HL1 світиться, коли на верхній лінії MK встановлюється ВИСОКИЙ, а на нижній - НИЗЬКИЙ рівень, при цьому до виходів MK можуть приєднуватися інші вузли;

е) MK формує 8 градацій яскравості світлодіода HL1. Резистори R1…R3 визначають динамічний діапазон та ступінь лінійності характеристики;

ж) для надяскравого світлодіода HL1 потрібен підвищений струм, що досягається запаралелювання ліній MK. На кожній із них рівні повинні виставлятися синхронно;

з) аналогічно Мал. 2.3 ж, але з синхронними ВИСОКИМИ рівнями на виходах MK;

і) світлодіод HL1 індикує наявність імпульсів «одиниці, що біжить» на трьох виходах MK; к) автоматичне продзвонювання довгого кабелю. На лініях MK програмно формується

«біжуча одиниця» (однієї лінії ВИСОКИЙ, інших - низький рівень). Якщо відбудеться обрив якоїсь жили, то світлодіод у цьому ланцюзі буде постійно погашений; Про

Про Мал. 2.3. Схеми підключення одиночних світлодіодів до кількох ліній MK (закінчення):

л) у вихідному стані на всіх виходах MK ВИСОКІ рівні, індикатори HL1, HL2, HL4 світяться. При аварії на одному або кількох виходах MK встановлюється НИЗЬКИЙ рівень, відповідний індикатор гасне, при цьому автоматично починає світитися HL3\ м) при великій кількості світлодіодів має сенс розвантажити силові висновки MK, спрямувавши струми, що витікає і витікає, в різні ланцюги. Зокрема, світлодіоди HL1…HL8 знижують навантаження на висновок +5 В MK, а світлодіоди HL9…HL16 – на висновок GND MK.

Зі світлодіодами зараз знайомі всі. Без них просто немислима сучасна техніка. Це світлодіодні ліхтарі та лампи, індикація режимів роботи різної побутової техніки, підсвічування екранів комп'ютерних моніторів, телевізорів і багато інших речей, про які так відразу і не згадати. Всі ці пристрої містять світлодіоди видимого діапазону випромінювання різних кольорів: червоного, зеленого, синього (RGB), жовтого, білого. Сучасні технології дозволяють отримати практично будь-який колір.

Крім світлодіодів видимого діапазону випромінювання існують світлодіоди інфрачервоного та ультрафіолетового свічення. Основна сфера застосування таких світлодіодів це пристрої автоматики та управління. Досить згадати. Якщо перші моделі ПДУ застосовувалися виключно для керування телевізорами, то тепер за їх допомогою керуються настінні обігрівачі, кондиціонери, вентилятори і навіть кухонна техніка, наприклад, каструлі-мультиварки та хлібопічки.

То що таке світлодіод?

По суті, мало чим відрізняється від звичайного - все той же p-n перехід, і все те ж основна властивість одностороння провідність. У міру вивчення p-n переходу з'ясувалося, що крім односторонньої провідності він, цей самий перехід, має ще кілька додаткових властивостей. У процесі еволюції напівпровідникової техніки ці властивості вивчалися, розвивалися та вдосконалювалися.

Великий внесок у розробку напівпровідників зробив радянський радіофізик (1903 - 1942). У 1919 році він вступив до знаменитої і відомої досі Нижегородської радіолабораторії, а з 1929 року працював у Ленінградському фізико-технічному інституті. Одним із напрямів діяльності вченого було дослідження слабкого, трохи помітного, світіння кристалів напівпровідників. Саме на цьому ефекті працюють всі сучасні світлодіоди.

Це слабке світіння виникає під час пропускання через p-n перехід струму у напрямі. Але в даний час це явище вивчене і вдосконалене настільки, що яскравість деяких світлодіодів така, що можна просто засліпнути.

Колірна гама світлодіодів дуже широка, практично всі кольори веселки. Але колір виходить зовсім не зміною кольору корпуса світлодіода. Це досягається тим, що p-n перехід додаються легуючі домішки. Наприклад, введення незначної кількості фосфору або алюмінію дозволяє отримати кольори червоного та жовтого відтінків, а галій та індій випромінюють світло від зеленого до блакитного кольору. Корпус світлодіода може бути прозорим або матовим, якщо корпус кольоровий, то це просто світлофільтр, що відповідає кольору світіння p-n переходу.

Іншим способом одержання потрібного кольору є введення люмінофора. Люмінофор - це речовина, що дає видиме світло при дії на нього іншим випромінюванням, навіть інфрачервоним. Класичний приклад - лампи денного світла. У випадку зі світлодіодами – білий колір виходить, якщо додати люмінофор у кристал блакитного свічення.

Для збільшення інтенсивності випромінювання майже всі світлодіоди мають лінію, що фокусує. Часто як лінза використовується торець прозорого корпусу, що має сферичну форму. У світлодіодів інфрачервоного діапазону випромінювання іноді лінза буває на вигляд непрозора, димчасто-сірого кольору. Хоча останнім часом інфрачервоні світлодіоди випускаються просто у прозорому корпусі, саме такі застосовуються у різних ПДК.

Двоколірні світлодіоди

Також відомі практично всім. Наприклад, зарядник для мобільного телефону: поки заряджається індикатор світиться червоним кольором, а після закінчення зарядки зеленим. Така індикація можлива завдяки існуванню двоколірних світлодіодів, які можуть бути різними типами. Перший тип це трививідні світлодіоди. В одному корпусі містяться два світлодіоди, наприклад, зелений та червоний, як показано на малюнку 1.

Малюнок 1. Схема підключення двоколірного світлодіода

На малюнку показаний фрагмент схеми із двоколірним світлодіодом. В даному випадку показаний трививідний світлодіод із загальним катодом (бувають і з загальним анодом) та його підключення до . У цьому випадку можна включити або один або інший світлодіод, або відразу обидва. Наприклад, це буде червоний або зелений колір, а при включенні одразу двох світлодіодів вийде жовтий. Якщо при цьому за допомогою ШИМ модуляції регулювати яскравість кожного світлодіода, можна отримати кілька проміжних відтінків.

У цій схемі слід звернути увагу на те, що обмежувальні резистори включені окремо для кожного світлодіода, хоча, здавалося б, можна обійтися одним, включивши його в загальний висновок. Але при такому включенні яскравість світлодіодів буде змінюватись при включенні одного або двох світлодіодів.

Яка напруга потрібна для світлодіода Таке питання можна почути досить часто, задають його ті, хто не знайомий зі специфікою роботи світлодіода або просто люди дуже далекі від електрики. У цьому доводиться пояснювати, що світлодіод є приладом керованим струмом, а чи не напругою. Можна увімкнути світлодіод хоч на 220В, але при цьому струм через нього не повинен перевищувати гранично допустимий. Це досягається послідовно включенням зі світлодіодом баластного резистора.

Але все-таки, згадавши про напругу, слід зазначити, що вона теж відіграє велику роль, адже світлодіоди мають велику пряму напругу. Якщо звичайного кремнієвого діода це напруга порядку 0,6…0,7В, то світлодіода цей поріг починається від двох вольт і від. Тому з напругою 1,5В світлодіод не запалити.

Але при такому включенні, мається на увазі 220В, не слід забувати про те, що зворотна напруга світлодіода досить мала, трохи більше десятків вольт. Тому, щоб захистити світлодіод від високої зворотної напруги, вживаються спеціальні заходи. Найпростіший спосіб це зустрічно - паралельне підключення захисного діода, який може бути теж особливо високовольтним, наприклад КД521. Під впливом змінної напруги діоди відкриваються по черзі, тим самим захищаючи один одного від високої зворотної напруги. Схема включення захисного діода показано малюнку 2.

Малюнок 2. Схема підключення паралельно світлодіодузахисного діода

Двоколірні світлодіоди випускаються також у корпусі із двома висновками. Зміна кольору світіння у разі відбувається зміні напрями струму. Класичний приклад – індикація напрямку обертання двигуна постійного струму. Не слід забувати, що послідовно зі світлодіодом обов'язково включається обмежувальний резистор.

Останнім часом обмежувальний резистор просто вбудовується у світлодіод, і тоді, наприклад, на цінниках магазині просто пишуть, що цей світлодіод на напругу 12В. Також по напрузі маркуються світлодіоди, що миготять: 3В, 6В, 12В. Усередині таких світлодіодів є мікроконтролер (його навіть можна розглянути крізь прозорий корпус), тому будь-які спроби змінити частоту миготіння результатів не дають. При такому маркуванні можна вмикати світлодіод безпосередньо до блоку живлення на вказану напругу.

Розробки японських радіоаматорів

Радіоаматорством, виявляється, займаються у країнах колишнього СРСР, а й у такий «електронної країні», як Японія. Звичайно, навіть японському рядовому радіоаматору не під силу створення дуже складних пристроїв, а ось окремі схемотехнічні рішення заслуговують на увагу. Мало в якій схемі ці рішення можуть стати в нагоді.

Наведемо огляд щодо нескладних пристроїв, у яких використовуються світлодіоди. Найчастіше управління здійснюється від мікроконтролерів, і від цього нікуди не дінешся. Навіть для нескладної схеми простіше написати коротеньку програму і запаяти контролер у корпусі DIP-8, ніж паяти кілька мікросхем, конденсаторів та транзисторів. Привабливо в цьому ще й те, що деякі мікроконтролери можуть працювати без навісних деталей.

Схема керування двоколірним світлодіодом

Цікаву схему для керування потужним двоколірним світлодіодом пропонують японські радіоаматори. Точніше, тут використовуються два потужні світлодіоди зі струмом до 1А. Але, мабуть, що існують і потужні двокольорові світлодіоди. Схема показано малюнку 3.

Малюнок 3. Схема керування потужним двокольоровим світлодіодом

Мікросхема TA7291P призначена для керування двигунами постійного струму невеликої потужності. Вона забезпечує кілька режимів, а саме: обертання вперед, назад, стоп та гальмування. Вихідний каскад мікросхеми зібраний за мостовою схемою, що дозволяє виконувати всі перераховані вище операції. Але варто прикласти деяку фантазію і ось, будь ласка, у мікросхеми з'явилася нова професія.

Логіка роботи мікросхеми досить проста. Як видно на малюнку 3 мікросхема має 2 входи (IN1, IN2) і два виходи (OUT1, OUT2), до яких підключені два потужні світлодіоди. Коли логічні рівні на входах 1 і 2 однакові (байдуже 00 або 11), потенціали виходів рівні, обидва світлодіоди погашені.

При різних логічних рівнях на входах мікросхема працює в такий спосіб. Якщо одному з входів, наприклад, IN1 є низький логічний рівень, вихід OUT1, з'єднується із загальним проводом. Катод світлодіода HL2 через резистор R2 також з'єднується із загальним дротом. Напруга на виході OUT2 (за наявності входу IN2 логічної одиниці) у разі залежить від напруги на вході V_ref, що дозволяє регулювати яскравість свічення світлодіода HL2.

У даному випадку напруга V_ref виходить із ШІМ імпульсів від мікроконтролера за допомогою інтегруючого ланцюжка R1C1, що регулює яскравість світлодіода, підключеного до виходу. Мікроконтролер керує також входами IN1 і IN2, що дозволяє отримати найрізноманітніші відтінки світіння та алгоритми управління світлодіодами. Опір резистора R2 розраховується виходячи із гранично допустимого струму світлодіодів. Як це зробити буде розказано нижче.

На малюнку 4 показано внутрішній пристрій мікросхеми TA7291P, її структурна схема. Схема взята безпосередньо з даташита, тому як навантаження на ній зображено електромотор.

Малюнок 4.

За структурною схемою легко простежити шляхи струму через навантаження та способи керування вихідними транзисторами. Транзистори включаються попарно, по діагоналі: (верхній лівий + нижній правий) або (верхній правий + нижній лівий), що дозволяє змінювати напрямок та частоту обертання двигуна. У нашому випадку запалювати один із світлодіодів та керувати його яскравістю.

Нижні транзистори управляються сигналами IN1, IN2 і призначені просто для включення-вимкнення діагоналей моста. Верхні транзистори управляються сигналом Vref, вони регулюють вихідний струм. Схема управління, показана просто квадратом, містить схему захисту від короткого замикання та інших непередбачених обставин.

У цих розрахунках, як завжди, допоможе закон Ома. Вихідні дані для розрахунку нехай будуть наступні: напруга живлення (U) 12В, струм через світлодіод (I_HL) 10мА, світлодіод підключений до джерела напруги без усяких транзисторів та мікросхем як індикатор включення. Падіння напруги на світлодіоді (U_HL) 2В.

Тоді цілком очевидно, що на обмежувальний резистор прийде напруга (U-U_HL), - два вольти «з'їв» сам світлодіод. Тоді опір обмежуючого резистора становитиме

R_o = (U-U_HL) / I_HL = (12 - 2) / 0,010 = 1000 (Ω) або 1КОм.

Не забуваємо про систему СІ: напруга у вольтах, струм в амперах, ефект в Омах. Якщо світлодіод включається транзистором, то в першій дужці від напруги живлення слід відняти напругу ділянки колектор - емітер відкритого транзистора. Але цього, як правило, ніхто ніколи не робить, точність до сотих часток відсотка тут не потрібна, та й не вийде через розкид параметрів деталей. Всі розрахунки в електронних схемах дають результати приблизні, решта доводиться досягати налагодження та налаштування.

Триколірні світлодіоди

Крім двоколірних останнім часом широкого поширення набули. Основне їх призначення – це декоративне освітлення на сценах, на вечірках, на Новорічних урочистостях або на дискотеках. Такі світлодіоди мають корпус із чотирма висновками, один із яких є загальним анодом або катодом, залежно від конкретної моделі.

Але від одного або двох світлодіодів, навіть триколірних, користі мало, тому доводиться об'єднувати їх у гірлянди, а для управління гірляндами використовувати всілякі пристрої управління, які найчастіше називають контролерами.

Складання гірлянд з окремих світлодіодів справа нудна і малоцікава. Тому останніми роками промисловість стала випускати , а також стрічки на базі триколірних (RGB) світлодіодів. Якщо одноколірні стрічки випускаються на напругу 12В, то робоча напруга триколірних стрічок частіше буває 24В.

Світлодіодні стрічки маркуються за напругою, оскільки містять обмежувальні резистори, тому їх можна підключати безпосередньо до джерела напруги. Джерела продаються там же, де й стрічки.

Для керування триколірними світлодіодами та стрічками, для створення різних світлових ефектів використовуються спеціальні контролери. З їхньою допомогою можливе просте перемикання світлодіодів, регулювання яскравості, створення різних динамічних ефектів, а також малювання візерунків і навіть картин. Створення таких контролерів приваблює багатьох радіоаматорів, природно тих, хто вміє писати програми для мікроконтролерів.

За допомогою триколірного світлодіода можна отримати практично будь-який колір, адже колір на екрані телевізора виходить також змішуванням лише трьох кольорів. Тут доречно згадати ще одну розробку японських радіоаматорів. Її принципова схема показано малюнку 5.

Рисунок 5. Схема підключення триколірного світлодіода

Потужний 1Вт триколірний світлодіод містить три випромінювачі. При номіналах резисторів, що вказані на схемі, колір світіння білий. Підбором номіналів резисторів можлива зміна відтінку: від білого холодного до білого теплого. В авторській конструкції світильник призначений для освітлення салону автомобіля. Чи їм (японцям) бути в смутку! Щоб не дбати про дотримання полярності на вході пристрою, передбачений діодний міст. Монтаж пристрою виконаний на макетній платі та показаний на малюнку 6.

Малюнок 6. Макетна плата

Наступна розробка японських радіоаматорів і автомобільного штибу. Цей пристрій для підсвічування номера, природно, на білих світлодіодах показано малюнку 7.

Рисунок 7. Схема пристрою для підсвічування номера на білих світлодіодах

У конструкції застосовані 6 потужних надяскравих світлодіодів з граничним струмом 35мА та світловим потоком 4лм. Щоб підвищити надійність світлодіодів, через них струм обмежений на рівні 27мА за допомогою мікросхеми стабілізатора напруги, включеного за схемою стабілізатора струму.

Світлодіоди EL1…EL3, резистор R1 разом із мікросхемою DA1 утворюють стабілізатор струму. Стабільний струм через резистор R1 підтримує на ньому падіння напруги 1,25В. Друга група світлодіодів підключена до стабілізатора через такий самий резистор R2, тому струм через групу світлодіодів EL4 ... EL6 також буде стабілізований на тому ж рівні.

На малюнку 8 показана схема перетворювача живлення білого світлодіода від одного гальванічного елемента з напругою 1,5В, що явно недостатньо для запалювання світлодіода. Схема перетворювача дуже проста і керується мікроконтролером. Насправді микроконтроллер є із частотою імпульсів близько 40КГц. Для підвищення здатності навантаження висновки мікроконтролера з'єднані попарно в паралель.

Малюнок 8.

Працює схема в такий спосіб. Коли виводи PB1, PB2 низький рівень, на виходах PB0, PB4 високий. Саме тоді конденсатори C1, C2 через діоди VD1,VD2 заряджаються приблизно 1,4В. Коли стан виходів контролера змінюється на протилежне, то до світлодіода буде додана сума напруги двох заряджених конденсаторів плюс напруга батареї живлення. Таким чином, до світлодіода в прямому напрямку буде прикладено майже 4,5 В, що цілком достатньо для запалювання світлодіода.

Подібний перетворювач можна зібрати і без мікроконтролера просто на логічній мікросхемі. Така схема показана малюнку 9.

Малюнок 9.

На елементі DD1.1 зібрано генератор прямокутних коливань, частота якого визначається номіналами R1, C1. Саме з цією частотою спалахуватиме світлодіод.

Коли виході елемента DD1.1 високий рівень виході DD1.2 природно високий. У цей час конденсатор C2 заряджається через діод VD1 джерела живлення. Шлях заряду наступний: плюс джерела живлення – DD1.1 – С2 – VD1 – DD1.2 – мінус джерела живлення. У цей час до білого світлодіода прикладено лише напругу батареї, якої недостатньо для запалювання світлодіода.

Коли на виході DD1.1 рівень стає низьким, на виході DD1.2 з'являється високий рівень, що призводить до замикання діода VD1. Тому напруга на конденсаторі С2 підсумовується з напругою батареї і ця сума прикладається до резистори R1 і світлодіоду HL1. Цієї суми напруг цілком достатньо для включення світлодіода HL1. Далі цикл повторюється.

Як перевірити світлодіод

Якщо світлодіод новий, то тут все просто: той висновок, який трохи довше є плюсовим або анодом. Саме його і треба включати до плюсу джерела живлення, звичайно не забуваючи про обмежувальний резистор. Але в деяких випадках, наприклад, світлодіод був випаяний зі старої плати і висновки у нього однакової довжини, потрібно продзвонити.

Мультиметри в такій ситуації поводяться дещо незрозуміло. Наприклад, мультиметр DT838 в режимі перевірки напівпровідників може просто трохи підсвітити світлодіод, що перевіряється, але при цьому на індикаторі показується обрив.

Тому в ряді випадків краще перевіряти світлодіоди, приєднуючи їх через обмежувальний резистор до джерела живлення, як показано на малюнку 10. Номінал резистора 200...500 Ом.

Рисунок 10. Схема перевірки світлодіоду

Малюнок 11. Послідовне включення світлодіодів

Розрахувати опір обмежувального резистора нескладно. Для цього треба скласти пряму напругу на всіх світлодіодах, відняти її від напруги джерела живлення, а отриманий залишок розділити на заданий струм.

R = (U - (U_HL_1 + U_HL_2 + U_HL_3)) / I

Припустимо, що напруга джерела живлення 12В, а падіння напруги на світлодіодах 2В, 2,5В та 1,8В. Навіть якщо світлодіоди взяті з однієї коробочки все одно може бути такий розкид!

За умовою завдання заданий струм 20мА. Залишилося підставити всі значення у формулу та повчити відповідь.

R = (12-(2 + 2,5 + 1,8)) / 0,02 = 285Ω

Рисунок 12. Паралельне включення світлодіодів

На лівому фрагменті всі три світлодіоди підключені через один струмообмежуючий резистор. Але чому ця схема перекреслена, у чому її недоліки?

Тут дається взнаки розкид параметрів світлодіодів. Найбільший струм піде через той світлодіод, у якого падіння напруги менше, тобто менше та внутрішній опір. Тому при такому включенні не вдасться досягти рівномірного свічення світлодіодів. Тому правильною схемою слід визнати схему, показану малюнку 12 справа.